Sind „Ambiskeletons“ lebensfähig?

Ein wiederkehrendes Problem bei dem Versuch, große Kreaturen zu erschaffen, ist das Quadratwürfelgesetz, das für die Vergrößerung bekannter Tiere gilt, insbesondere für solche mit Exoskeletten: Wenn Sie die Größe eines Tieres verdoppeln, erhöht sich sein Gewicht um das Achtfache, aber seine Tragfähigkeit vervierfacht sich nur und die Muskelkraft verdoppelt sich nur. Arthropodenskelette machen bereits einen größeren Anteil am Körpergewicht aus als die von Wirbeltieren.

Die größten Arthropoden der Geschichte waren Jaekelopterus und Arthropleura , beide etwa 2,5 m lang. Aber keiner erhob sich mehr als ein paar zehn Zentimeter über dem Boden.

Zu den üblichen vorgeschlagenen Teillösungen gehören die Verringerung der Schwerkraft eines Planeten, die Erhöhung des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre (was in unserer Vergangenheit viel größere Insekten ermöglichte) und die Änderung der Zusammensetzung des Skeletts selbst. Vielleicht kann dieser Liste eine strukturelle Lösung hinzugefügt werden, um landgestützte Megafauna mit Panzern (statt mit Schalen ) plausibel zu machen.

Würde eine Mischung aus Exo- und Endoskelettmerkmalen, ein „Ambiskeleton“, funktionieren? Hier ist ein vereinfachtes Diagramm von dem, was ich vorschlage:

Diagramm zum Vergleich von Endo-Exo- und vorgeschlagenen Ambiskelett-Querschnitten

„Ambi-“ kommt aus dem Lateinischen und bedeutet beides.

Der Muskel und das Gewebe sind von einer panzerartigen Schale umgeben, wobei die Lastaufnahme von einer knochenartigen Struktur entlang einer Kante übernommen wird. In dieser Kombination muss der „Panzer“ nur den Inhalt des Gliedes oder Körpersegments enthalten und schützen, während der „Knochen“ das Gewicht des Tieres trägt. Beide Teile sind kontinuierlich, ohne dazwischenliegendes Weichgewebe.

Würde dies mit oder ohne die anderen oben genannten Teillösungen deutlich größere Tiere mit Panzern ermöglichen?

Wie unterscheidet sich das von einem Krokodil? Oder eigentlich von einem Menschen? Unsere Haut (und im Bauchbereich die Muskelschicht) „beinhaltet und schützt tatsächlich den Inhalt der Gliedmaßen oder Körpersegmente“ . Und, Bonus, es gibt Stellen im menschlichen Körper, an denen die Knochen direkt unter der Haut platziert sind.
@AlexP Ich denke, das OP spricht von einem dünnen Panzer zusammen mit inneren Knochen. Also normale Haut schneidet es nicht.
Also wie eine Schildkröte, aber mit noch mehr Panzer anstelle von Weichteilen an Pfoten, Schwanz und Kopf :)?
Es ist keine vollständig geformte Antwort, aber schauen Sie sich Flugzeugzellen mit einer Kombination aus Traversen und gestressten Häuten an. Ich glaube, der Begriff ist Semi-Monocoque. Ein Endoskelett ist der Haut sehr ähnlich und verwendet interne Strukturkomponenten, um die Belastungen zu tragen. cfinotebook.net/notebook/aerodynamics-and-performance/…
Für einen Moment erwartete ich, dass einer der Links eher zu meinem Profil als zu Wikipedia XD führen würde
Überlegen Sie, wie Häuten aussieht. Exoskelette haben Schwierigkeiten, sich mit dem Wachstum auszudehnen.
Wäre es nicht möglich, alles doppelt oder sogar dreifach zu haben? Sie können sich zum Beispiel einen Organismus mit zwei drei Stacheln vorstellen. Vielleicht nur ein Signal sendend und zwei nur unterstützend. Etwas Ähnliches wie das, was wir bereits in Waffen haben. Bei Beinen kann man an vier Knochen denken... So etwas war wohl nicht bequem oder einfach für die Natur, aber durchaus vorstellbar und mit mechanischen Gesetzen vereinbar, denke ich.
Was ist Ihr eigentliches Endziel? Versuchen Sie, Rieseninsekten oder Riesentiere im Allgemeinen zu ermöglichen?
@AlexP Menschen (und Krokodile und die meisten anderen Wirbeltiere) haben äußere Knochen - sie werden "Zähne" genannt. Entwickle eine Kreatur, der am ganzen Körper Zähne wachsen und nicht nur im Mund, und da hast du es.
@DarrelHoffman Zähne sind keine Knochen, sie bestehen aus einer völlig anderen Substanz und funktionieren völlig anders (zum Beispiel sollen sie nicht tragen).
@IanKemp Carapace ist auch nicht gerade Knochen. Der Punkt ist, es ist ein hartes, starres Material, das sich an der Außenseite des Körpers befindet, was für die Frage "nah genug" sein könnte.
@AlexP Krokodile haben Osteoderme, Knochenplatten in der Dermis, die sich deutlich von Exoskeletten unterscheiden. Die Haut ist offensichtlich überhaupt nicht exosketonartig.
@ user3757614 Das ist ein separates Problem, aber wenn dies zu einer positiven Antwort führt, kann ich einen Ansatz für Wachstum / Mauser vorschlagen.
@IanKemp Riesige insektenähnliche Tiere; insektenähnlich, da sie scheinbar Exoskelette haben (anstelle von Knochenplatten zum Beispiel).
Ihr eigentliches Problem ist, wie Sie es wachsen lassen, es kann nicht mit internen Komponenten vergossen werden und die externen Komponenten verhindern das Wachstum. Panzer und Knochen müssen aus getrennten Materialien bestehen.
Ich habe Mühe, Ihre Unterscheidung zu verstehen - Insekten-Exoskelette sind buchstäblich gehärtetes Ektoderm (während Wirbeltierknochen mesodermal sind), dh Haut. Frisch gehäutete Insekten haben eine weiche Haut, die sich verhärtet. Jede starre ektodermale Struktur (Nägel, Schuppen, Hörner) ist entwicklungs- und strukturell ein Exoskelett; Sie brauchen nur mehr davon, als die meisten Wirbeltiere haben. Glyptodons sind meine beste Vermutung; Fühlen Sie sich frei, sie glänzender, insektenartiger im Aussehen usw. zu machen. Und wie andere bereits erwähnt haben, bringt Sie die dauerhafte Aneinanderreihung der beiden ziemlich schnell in Wachstumsprobleme: Lassen Sie sie sich bei der Mauser teilen.
@Guest Exoskelette unterscheiden sich strukturell von schuppigen/plattierten/knöchernen Dermis und spielen die tragende Rolle, die Schuppen/Platten/usw. nicht haben. Sie ähneln sich im Aussehen und im gebotenen Schutz, aber damit endet es.

Antworten (4)

Obwohl es eine gute Frage ist, funktioniert es nicht, außer für die Ästhetik, die Ihr Punkt sein könnte.

Ein Exoskelett dient in erster Linie dem Schutz des Inneren. Es muss dick genug sein, um diesen Schutz zu bieten, wenn es zu dünn ist, wirkt es spröde und bricht schnell. Haut ist relativ leicht zu reparieren und ihre Elastizität in Kombination mit Zähigkeit macht sie für uns nützlich, aber im Wesentlichen ein dünnes Stück Knochen zu haben, das leicht bricht und schwerer zu reparieren ist, da Ihre Haut dazu führen würde, dass Sie leicht verletzt werden und zu lange brauchen, um sich davon zu erholen diese Wunden.

Wenn Sie das Exoskelett dicker machen, stoßen Sie auf ein Problem: Es muss dick genug sein, um zu schützen, aber dünn genug, um Ihre Knochen nicht unter dem Gewicht zusammenbrechen zu lassen. Wir können bereits die Schale einer Krabbe knacken, so dass die Dicke nicht gut genug ist. Aber wenn Sie die Krabbe auf unsere Größe mit einer anständigen Dicke vergrößert haben, um sie zu schützen, sind Sie bereits auf das Problem der quadratischen Würfel gestoßen, das Sie vermeiden wollten!

Also würde ich stattdessen eine mittelmäßige Lösung zu Ihrer mittelmäßigen Lösung vorschlagen. Sie verwenden "normale" Knochen mit Haut auf der Außenseite, aber lassen diese Haut wie einen Panzer aussehen. Vielleicht ist es eher eine Hornschicht wie unsere Nägel oder die Haut von "gepanzerten" Landtieren. Seine unbewegte Haut, seine immer noch zähe, aber mit einer höheren Flexibilität und es sieht einfach aus wie ein Panzer.

Obwohl Sie vielleicht einfach die Methode "es verwendet eine andere Komposition" verwenden. Viele Schritte bei der Herstellung von Graphen können von biologischen Körpern durchgeführt werden, und Spinnenfäden können definitiv von biologischen Körpern hergestellt werden. Wenn Sie also einen Panzer aus einer Graphen-Hautlegierung für Festigkeit und Leichtigkeit haben, der mit Spinnenseide für Festigkeit und Flexibilität verwoben ist, können Sie eine Megafauna mit Panzern erschaffen.

Als Referenz, unsere Knochen bestehen aus Elastinen, die die Knochen flexibel machen, und Kalzium für die Härte. Wenn wir jung sind, sind unsere Knochen viel elastischer und Knochen sind schwer zu brechen. Der Nebeneffekt ist, dass sich Ihre Knochen leicht biegen und nicht so gut schützen, wie Sie möchten, und es hilft auch nicht, wenn Ihre Muskeln versuchen, aus etwas Kraft zu gewinnen gibt nach. Wenn wir älter werden, verschwinden Elastine aus den Knochen und hauptsächlich bleibt Kalzium übrig, was zu brüchigen Knochen führt. Daher ist es für eine gute Knochen- oder Panzerstruktur unerlässlich, sicherzustellen, dass Sie eine solide Kombination aus elastischen Eigenschaften und Härte haben.

In Bezug auf Ihre „Mitte der Straße zu Ihrer Mitte der Straße“-Lösung ein Wort: Schwielen.
Haut aus Spinnenseide. Das habe ich jetzt nicht von World Building erwartet. Und ich liebe es. Seien Sie jedoch vorsichtig – Ihre Kreatur wird bis zur Ausrottung gejagt.
@TheDaleks: Oder Keratin, das scheint das zu sein, woraus all die interessanten Teile einer Vielzahl von Tieren bestehen.
@Demigan Die Ästhetik zu rechtfertigen ist die Hälfte des Worldbuilding, nicht wahr? ;D Zu Ihrem Punkt: Ich bin mir nicht sicher, ob daraus folgt, dass ein gebrochenes Stück Panzer länger brauchen muss, um sich zu erholen, als eine aufgeschlitzte Haut, oder dass der Panzer keine Flexibilität haben kann – Arthropodengelenke sind immer noch mit Chitin bedeckt. AFAIK junge Insekten können Risse heilen, und Erwachsene reparieren Schäden mit einer Häutung; Es gibt Optionen.
@rek Ein kleiner Insektenriss hat eine viel kleinere Oberfläche als ein kleiner Riss in der Megafauna. Eine tiefe Wunde in der Haut kann in 2 Wochen heilen, während kleine Knochenbrüche (vollständig von Gewebe umgeben!) 6 Wochen bis 6+ Monate dauern. Das ist viel Zeit, um mit einer Wunde zu gehen. Darüber hinaus müsste der äußere Panzer so dünn sein, dass ein versehentliches Auftreffen auf einen Baum beim Gehen große Risse verursachen könnte, weil er so spröde ist. Deshalb denke ich, dass Sie es ästhetisch machen oder sich für Metamaterialien entscheiden sollten.
@JohnDvorak Ich würde die Oberseite der Haut nicht aus Spinnenseide machen und niemals reine Spinnenseide verwenden. Vielmehr würde ich die Hautzellen in den unteren Hautregionen die Spinnenseidenfäden zwischen sich ziehen lassen, um ein Netz mit diesen dazwischen eingebetteten Zellen zu erzeugen. Viele Spinnenseiden sind wie Kevlar und einige sind viel besser als Kevlar, so dass Sie einen hohen Widerstand gegen Schnitte und Stiche haben, sodass jeder, der versucht, diese Kreaturen zu jagen, besser bereit sein sollte, zu versuchen, sie zu Tode zu knüppeln oder viel Kraft hinter ihr Schneiden zu bringen implementiert.
@Demigan Warum sollte der äußere Panzer so dünn und spröde sein? Heilung liegt etwas außerhalb des Rahmens, aber ein Teil des Grundes, warum die Knochenreparatur so lange dauert, ist die Mineralisierung, die erst wochenlang im Heilungsprozess beginnt. Ein nicht mineralisierter Panzer würde diesem Prozess nicht folgen; Chitin sind Zuckerfasern, Keratin ist Eiweiß. Und der Panzer muss nicht die Gesamtheit des Schutzes vor Beschädigung sein.
@rek wegen dem Gewicht. Zum Beispiel wiegt Chitin ungefähr 1,4 g/cm^2 und normale Haut ungefähr 1 g/cm^2, was meiner Meinung nach eine grundlegende dritte Dimension wie 1 mm Dicke hat. In der Zwischenzeit liegt "normaler" Knochen, den Sie für so große Wesen wie uns benötigen, zwischen 2,9 und 3,8 g / cm ^ 3 (ich weiß, schwer zu vergleichen). Dieses zusätzliche Gewicht macht es schwierig, eine Megafauna zu erschaffen, also ist nur Ästhetik das Beste, was Sie erreichen können, es sei denn, Sie finden plausible Metamaterialien und dergleichen, die Sie verwenden können. Die Haut ist so ziemlich eine Superkraft für sich und ich habe versucht, Fragen dazu zu formulieren, aber sie ist so verdammt komplex!
@Demigan Ich denke, das trifft den Kern meiner Frage, eine Annahme, dass x% eines Exoskeletts dazu da sind, das Fleisch im Inneren zu schützen, und y%, um das Gewicht des Tieres zu tragen. Wenn die beiden Rollen (teilweise) getrennt werden können, muss der schützende Teil vielleicht nicht so dick sein wie angenommen, weil der „Knochen“ dicker werden kann, um das Gewicht zu tragen.
Und am anderen Ende des Spektrums haben einige der größten heutigen Landtiere eine unglaublich dicke Haut: 2,5 bzw. bis zu 5 cm bei Elefanten und Nashörnern.

Schon erledigt

Schildkröten haben ihren Panzer irgendwie als Teil ihres Skeletts - er besteht aus Lederkeratin , aber die Rippen sind damit verschmolzen.

Eine ausgestorbene Art namens Archelon könnte 460 cm lang sein (ungefähr 15 Fuß, schätze ich). Hier ist ein Bild von seinen Überresten mit einem Menschen an seiner Seite:

Ein Archelon-Skelett, an dem ein Mensch herumstochert

Unsinn, das sind normale Wirbeltiere, die "Schale" ist Knochen. Evolutionär gesprochen hat sich die Schale aus den Rippen entwickelt, nicht „Leder“, das sowieso ein Kunstprodukt ist.
@a_donda naja, es ist immer noch ein "Ambiskeleton", oder?
Nun, hängt davon ab, wie der Ambi-Teil definiert ist. Schildkröten (und Glyptodons) sind Wirbeltiere, sie kombinieren keinen Panzer im Arthropoden-Stil mit einem Skelett im Wirbeltier-Stil. Alles ist im Weltenbau vorstellbar, aber schwer vorstellbar, wie ein Insektenstoffwechsel und Körperbauplan und der eines Säugetiers zusammenfinden könnten. Wissenschaftlich fundiert würde ich Keratin (Horn, Fingernägel, Haare) als Schale nehmen. Diese Wirbeltiere wissen, wie man macht :-)
@a_donda Ich habe es noch einmal überprüft, Schildkröten haben (meistens) keine Lederpanzer, sie bestehen aus Keratin.
Schildkrötenpanzer bestehen aus Knochen. Sie können eine keratinartige Schicht im Reptilien-Stil haben, denn das ist es, was sie sind. Es ist kein Ambiskeleton wie in der Frage ins Auge gefasst, weil das (scheint mir) versucht, ein knöchernes Innenskelett mit einem Chitin-Exoskelett von Anthropoden zu kombinieren. Das gibt es (meines Wissens nach) nicht. Chitin ist zu weich, um ein großes Gewicht zu tragen. Und ich hebe nur den Finger, weil es mit "science based" getaggt ist, sonst geht natürlich alles :-)
@TheSquare-CubeLaw Ich bin mir nicht sicher, ob Schildkrötenpanzer als verschmolzene Knochen als arthropodenähnliche Panzer gelten, und sie befinden sich eher in der Dermis als wirklich als Exoskelett.
Wenn man die Beschreibung des Archelon liest, scheint es keine gute Antwort zu sein. Das OP will eine Möglichkeit, eine landgestützte Megafauna aufzubauen, aber das Archelon war (vermutlich) auf See stationiert. Selbst wenn es an Land käme, würde es liegen bleiben und sich nach vorne drücken, anstatt aufrecht stehen zu können. Es würde also zum Beispiel nicht funktionieren, es auf eine Megakrabbe anzuwenden.
Beachten Sie, dass Schildkrötenglieder immer noch wie normale Wirbeltierglieder sind, Knochen nur an der Innenseite. Außerdem befindet sich an der Außenseite des Schalenknochens lebendes Gewebe, kein Teil des Knochens hat Kontakt mit der Außenseite.

Ein Ambiskelett würde theoretisch funktionieren. Die Gelenke sowohl für die internen als auch für die externen Strukturen müssten aneinandergereiht werden, um Mobilität zu ermöglichen. Und härtere, robustere Teile würden definitiv die Verteidigungsfähigkeiten deiner Kreatur erhöhen und ihr trotz ihrer Größe eine größere Chance geben, zu existieren.

Der richtige Ort, um Luft zu machen, ist Meta. Ansonsten interessante Antwort.

Scheint so, als ob Ambisskelette spezifische Merkmale erfordern, die kein Lebewesen hat, aber vielleicht hätten einige ausgestorbene Kreaturen sie gehabt haben können, die Placoderms, eine Gruppe ausgestorbener Fische, bei denen fast die Hälfte ihres Körpers von Knochenplatten bedeckt war und für das, was ich weiß, Das Weichgewebe über den Platten war minimal, was für den Zweck des "Ambiskeletons" wichtig ist, das große und massive arthropodenähnliche Kreaturen mit einem scheinbar harten Exoskelettkörper zulassen soll.

Wie ich bereits erwähnte, hatten diese Kreaturen sehr wenig Haut auf den Knochenbrust- und Schädelplatten (zumindest nur eine dünne Hautschicht an bestimmten Stellen), was ihr robustes Aussehen leicht enthüllen würde. Eine andere Sache ist, dass sie die meisten Organe und Muskeln innerhalb der Boen-Platten und nicht außerhalb oder darüber hatten.

Ein weiterer möglicher Hinweis auf dieses "Modell" ist, dass Placoderms sogar unter Wasser größere Größen als die größten Arthropoden erreichen könnten, wobei eine der größten Arten moderate Schätzungen von bis zu 6-7 Metern Länge und die oberen Schätzungen sogar von 10-11 Metern haben.

Diese großen Größen zu haben, ist also ein möglicher Beweis oder eine Lösung für das Problem, dass die Größe dadurch begrenzt ist, dass alle ihre Organe in einem starren Exoskelett enthalten sind, das, wie ich gesehen habe, normalerweise für riesige Arthropoden erwähnt wird. Im Grunde sieht es so aus, als könnten Placoderms wachsen, ohne durch ihre Rüstung eingeschränkt zu werden.

Und etwas Erstaunliches, eine bestimmte Gruppe von Placodermen ging weiter und entwickelte Arthropoden-ähnliche Gliedmaßen aus ihren Brustflossen.

Das folgende Bild stammt aus einem kleinen Genre, aber andere konnten eine Länge von 2-3 Metern erreichen.

Und der Teil, der zum "Ambi" -Teil beiträgt, ist, dass Placoderms eine Wirbelsäule in ihrer Rüstung enthielten, die nur mit ihrer Hirnschale verbunden war und praktisch nur ein interner Muskelankerpunkt war.

Zu berücksichtigende Problempunkte

Dies waren aquatische Kreaturen, daher ist der wahrscheinlichere Fall, dass das gesamte zusätzliche Gewicht der Panzerung von Wasser getragen wurde, das an Land Probleme verursachen konnte, weil es so schwer war. Es wäre also notwendig zu bestimmen, wie dick es sein könnte, bevor es eine Grenze erreicht, wo es unter seinem eigenen Gewicht fällt.

Mögliche Lösungen hierfür sind die Verwendung ungewöhnlicher Materialien oder die Entwicklung einer strukturellen Konstruktion, die das Gewicht tragen kann. Wie dieser teuflische Käfer oder das Exoskelett der Fangschreckenkrebse .

Und Dinge, bei denen ich mir wirklich nicht sicher bin, wie sie funktionieren, wie der biologische Mechanismus, durch den diese Tiere in ihrer Rüstung wachsen konnten, ohne sich wie Arthropoden zu vergießen, habe ich angenommen, indem sich eine Stapelung von Knochenschichten in die unteren auflöst als Sie wuchsen.

Und der mechanische Teil, ich weiß nicht, ob die Oberfläche, die das minimale innere Skelett und das Exoskelett zusammen bieten, ausreichen würde, um eine ausreichende Menge an Muskeln zu verankern, um sich an Land bewegen zu können. So ist es, herauszufinden, wie viel Oberflächenmuskeln benötigen.

Das einzige, was wir wissen können, ist, dass dieses "Modell" unter Wasser zufriedenstellend funktioniert hat.

Meinerseits würde ich versuchen, nach Lösungen zu suchen oder Fragen zu stellen, um die letzten Unannehmlichkeiten zu lösen.