Wie groß könnte eine biotechnologisch hergestellte mobile Lebensform auf der Erde existieren?

Es wird alles durch die Schwerkraft bestimmt.

Ich schreibe derzeit eine Arbeit zu einem ähnlichen Thema und beobachte, wie die Schwerkraft die Entwicklung des außerirdischen Lebens beeinflusst (Größe und interner Aufbau). Daher kann ich Ihnen einige Hinweise geben, wie ein mobiles Tier auf der Erde begrenzt ist, aber ich fürchte, diese Angelegenheit ist komplex genug, ohne das Problem aufzuwerfen, wie viel Schaden die Kreatur aushalten könnte oder wie sie konstruiert werden sollte.

Zunächst einmal wurde von Hokkanen die maximale Masse geschätzt, die ein Organismus erreichen kann, der aus den gleichen Muskeln und Knochen besteht wie der Rest des Tierreichs$10^5$-$10^6$kg. Wenn Sie die Natur auf diese Weise an ihre Grenzen treiben würden, wäre die erforderliche Energie, um diesen Organismus zu erhalten, enorm: Nach dem Kleiber-Gesetz skaliert die Stoffwechselenergie als Masse hoch$3/4$.

Nehmen wir an, wir vernachlässigen die enorme Energie, die erforderlich ist, um dieses Wesen für den Moment am Leben zu erhalten, und möchten die Energie finden, die für die Fortbewegung erforderlich ist . Jedes Lebewesen auf der Erde geht im umgekehrten Pendelgang . Indem wir die natürliche Periode des Beins verwenden und die Arbeit des verlinkten Artikels erweitern, haben wir nach einigen grundlegenden Berechnungen herausgefunden, dass die für einen Schritt erforderliche Arbeit (Energie) ist

$W = mgL \left( 1-\sqrt{1-\frac{\pi^2}{6}F} \right)$,

wobei m die Beinmasse, L seine Länge und F die Froude-Zahl ist, die den Gang des Tieres charakterisiert und gleich ist$v^2/gL$. Das Bein macht 18 % der Masse eines Menschen aus, sagen wir, es sind 30 % der Masse Ihres Tieres ($10^5$kg), um sein Gewicht tragen zu können. Bei einem 180 Meter großen Kaiju können wir davon 40 % als Beinlänge bezeichnen. Will man ihn mit 10 km/h laufen lassen, sind das fast 20.000 Joule pro Schritt. (Im Vergleich dazu benötigt ein Mensch 150 Joule pro Schritt.) Wenn Sie möchten, dass er in kurzen Stößen läuft, würde sich die erforderliche Energie mindestens verdoppeln, da sich die Laufenergie eines Menschen im Vergleich zum Gehen ungefähr verdoppelt.

Wenn Sie möchten, dass es 48 Stunden lang läuft, sind das bei dieser Geschwindigkeit etwa 150.000 Schritte, was uns zu einer Gesamtzahl bringt$3 \times 10^9 J$. Wenn Sie das in Kalorien aus der Nahrung umwandeln , erhalten Sie „das 71-fache der kalorischen Energie, die Michael Phelps pro Tag beim Training für die Olympischen Spiele verbraucht“ oder „das 310-fache der empfohlenen Nahrungsenergie pro Tag für eine durchschnittliche Person“.

Unser Ungeheuer verbraucht also nach dem Kleiberschen Gesetz etwa das 180-fache des menschlichen Grundumsatzes, um am Leben zu bleiben, und mit dem Aufwand fürs Gehen kommt das zusammen$5 \times 10^9 J$. Es stellt sich heraus, dass ein menschlicher Kadaver etwa 81.500 Kalorien an Energie hat, so dass das Monster, wenn es sich ausschließlich von Menschen ernährt, über fünfzehntausend Menschen pro Tag verzehren müsste, um zu überleben.

Das würde Godzillas rasenden Hunger erklären, nehme ich an.

Offensichtlich bin ich Physiker und kein Biologe, daher gilt meine zu spezifische Lösung nur für kugelförmige Kühe im Vakuum . Wir könnten wild über andere Faktoren spekulieren, Dimensionsanalyse, Allometrie, Science-Fiction, die unser Monster lockern oder zusätzliche Beschränkungen auferlegen würden, aber wenn wir nur seine Bewegung im Gravitationsfeld betrachten, können wir dieses interessante Spiel mit Zahlen erhalten.

EDIT : Wenn wir über völlig künstliche Konstrukte diskutieren wollen, dann wäre das effizienteste Fortbewegungsmittel definitiv das Rollen . Das würde kein "Schwingen" des Massenschwerpunkts beinhalten, wie es beim Gehen der Fall ist, und somit die Gravitationsgrenze für die Größe vollständig lockern. Eine Kreatur, die jedoch vollständig kugelförmig ist oder auf Raupenketten rollt oder wie eine Schlange kriecht, wäre in Bezug auf die verfügbaren Gliedmaßen stark eingeschränkt, sodass dies für eine (intelligente) Zerstörungswaffe nicht allzu effektiv ist. Jede andere gliedmaßenunterstützte Fortbewegung wird durch das umgekehrte Pendelmodell durchgeführt und die obige Berechnung gilt.

Außerdem könnte das Geschöpf, wenn es mit Atomkraft betrieben würde, mit einem relativ kleinen Reaktor auskommen – ein Kraftwerk in den USA erzeugt 10.000-mal mehr Energie pro Tag, als unser Monster verbrauchen würde. Der Energiebedarf für Grundfunktionen ist wirklich nicht so groß, er entspricht ungefähr dem Jahresverbrauch eines Wäschetrockners, außer an einem Tag. Das einzige, was zu berücksichtigen ist, ist eine sehr schnelle und effiziente Energiequelle - der Verzehr von Lebensmitteln ist natürlich eine, wenn auch in großen Mengen, aber ein Kernreaktor würde auch ausreichen.

Es geht weniger um die Schwerkraft als vielmehr um die Höhe . Die größten natürlichen Kreaturen sind wahrscheinlich so groß wie natürliche Kreaturen mit traditionellen Körperbauplänen, aber die Einschränkungen für einen konstruierten Kaiju sind außerordentlich locker.

Ein Titanosaurier muss jederzeit mobil und konkurrenzfähig mit anderen Organismen sein, aber ein Kaiju kann mit beliebigen Mengen an Gerüsten usw. gezüchtet werden. Die Frist von 25 Jahren ist ausreichend Zeit, wenn man bedenkt, dass die Biomasse exponentiell ansteigt. Ein 'Kaiju', das nur aus Bakterien besteht, denen 25 Jahre lang so viel Nahrung zugeführt wird, wie sie wollen, in der richtigen Menge, hat eine extrem große Masse. (Ein E. coli hat etwa eine Stunde Verdopplungszeit auf Minimalmedium, und in 25 Jahren sind es 219000 Stunden. Das bedeutet, dass es nach 25 Jahren etwa 4*10^65000 Bakterien gibt, die jeweils etwa ein Pikogramm wiegen. Die High-End-Schätzungen für die Masse des beobachtbaren Universums sind 4 * 10 ^ 70 Pikogramm. 25 Jahre für eine Tragzeit sind ausreichend .)

Betrachten Sie exotische „Kaiju“, die nur 500 Tonnen Ameisen sind, die alle mit kleinen lebenden Schnurrhaaren in einem riesigen gruseligen Teppich zusammengefügt sind. Es ist klar, dass dieser Superorganismus nahezu beliebig groß werden kann. Siehe Pando , der schwerer als Godzilla (viel schwerer), aber kleiner und ausgebreitet ist. Die Sauerstoffversorgung ist kein Problem, wenn Sie sich mehrere Lungenpaare oder eine passive konvektive Belüftung wie ein Wolkenkratzer erlauben (oder Sie ein Baum sind).

Das Gewicht spielt keine Rolle, wenn Sie sich horizontal ausbreiten lassen. Atmung ist kein Problem, wenn Sie sich porös sein lassen. Die Materialien mit der höchsten Festigkeit (nach Gewicht) sind Kevlar oder Dyneema oder was auch immer Sie haben. Zugegebenermaßen sind dies Zug- und nicht Druckfestigkeiten, aber wenn Sie ein Rohr haben, das mit Wasser und etwa 50 Gewichtsprozent Wasser gefüllt ist, können Sie eine in die andere umwandeln, indem Sie hydrostatische Kompression mit einer Strafe von 50% Festigkeit verwenden (bla bla laplaces Gesetz bla bla optimaler Radius blah. Wir sind außergewöhnliche Ingenieure, wir werden es herausfinden). Wie auch immer. Beton ist einer der schwächsten Baustoffe in Bezug auf seine spezifische Festigkeit und kann unter seinem eigenen Gewicht nicht mehr als 400 Meter hoch werden. Ein 500 Meter hoher Betonpfosten bröckelt , selbst wenn er nicht bricht oder sich verbiegt. Selbst wenn wir uns an traditionelle organische Materialien (Spinnenseide) halten, können wir einen 100 km hohen Pfosten bauen, wenn er nicht bricht oder sich verbiegt. Aus Beton gebaute Wesen können wirklich nie höher als 400 Meter sein, es sei denn, man baut Pyramiden.

Also wollen wir eine riesige Kreatur bauen, die Dinge kaputt machen kann. Das heißt, wir wollen Arme oder Beine oder so etwas, also müssen wir weit unter unserer maximalen Größe bleiben, damit wir nicht tragenden Platz für Gehirn, Lunge und Augen haben. Außerdem kann ein großer Schläger beim Schwingen viel mehr Belastung aushalten, als der Schläger unter der Schwerkraft erfahren würde. Die maximal zulässige Höhe für realistische Lauflasten können wir anhand von Titanosauriern abschätzen. Titanosaurier waren etwa 50 m hoch und verwendeten Knochen und Fleisch. Die selbsttragende Länge von Bone beträgt etwa 20 km plus minus, also bedeutet das Gehen und das Sein einer echten Kreatur, dass das Skelett etwa 400 Mal Schwerkraftbelastungen standhalten muss. Dyneema kann sich bis zu fast 400 km selbst tragen, so dass mit dieser extrem schmutzigen Heuristik eine Kreatur mit Dyneema-Skelett fast 1 km hoch sein könnte und immer noch aufstehen und theoretisch herumlaufen könnte.

Einen riesigen Seestern zu bauen, der ungefähr 30 Stockwerke hoch und seesternförmig ist, würde definitiv Gebäude zerstören können, aber ich bin mir nicht sicher, was die Geschwindigkeitsanforderungen angeht. Wie auch immer. Ein Organismus in dieser Größenordnung ist im Wesentlichen trivial immun gegen konventionelles Kleinwaffenfeuer, da Sie den äußeren Meter Fleisch einfach als entbehrlich abschreiben können und dann 100 cm ablative Panzerung haben. Technisch gesehen könnten viele automatische Waffen (irgendwann) wie ein Sandstrahler wirken, aber ich weiß nicht, wer so viel Zeit / Munition hat. Panzerabwehrgeschosse sind tatsächlich leichter zu besiegen als herkömmliche Waffen, weil sie so auf dicke Metallschichten spezialisiert sind. Sehrdicke Fleischschichten (aus der Sicht eines panzergroßen Objekts) zerstreuen die Energie, lange bevor sie etwas Wichtiges erreichen kann, und herkömmliche hochexplosive Sprengstoffe können durch einen Verbundwerkstoff aus Keramik / Kevlar (oder Schale / Knorpel, je nachdem wie) langsam zerstreut werden Sie sehen es an) Schicht.

tl;dr Groß zu sein ist schwer, groß zu sein ist einfacher als groß zu sein, das Schwierigste daran ist, schnell zu gehen, während man groß oder groß ist.

Machen Sie den Kaiju zu einem Schwarm eusozialer Klonkolonien.

Wie viele Antworten bereits erwähnt haben, machen Skalierungsgesetze die Gewichts- und Energiekosten großer Tiere unerschwinglich hoch. Wir können jedoch möglicherweise auf andere Tierarten zurückgreifen, um größere Endgrößen des Kaiju zu erreichen .

Insekten sind überraschend schnell, auch ohne Korrektur ihrer Körpergröße. Dieser BBC-Artikel zitiert dieses Papier , das Käfer misst, die sich mit 9 km/h bewegen.

In ähnlicher Weise wurden amerikanische Kakerlaken beim Gehen auf 5,5 km/h getimt. Sie sind auch sehr flugfähig, und ein Schwarm fliegender Sub-Kaiju kann leicht die erforderliche Höchstgeschwindigkeit erreichen.

Mit zusätzlichen Augmentationen können sich diese individualisierten Organismen problemlos über lange Zeiträume mit der maximalen Gehgeschwindigkeit eines Menschen bewegen.

Wenn die Sub-Kaiju eine Stadt nicht aktiv angreifen, behalten sie eine koloniale Struktur bei, die der von Dictyostelium - Schleimpilzen ähnelt, und halten den Kontakt als Schwarm aufrecht, sind aber nicht aktiv miteinander verbunden. In dieser Form können sie auch als Heuschreckenschwärme dienen und sowohl Ernten als auch die lokale Wirtschaft zerstören.

Wenn sie jedoch eine Stadt angreifen müssen, können sie sich zu einer größeren Struktur zusammenschließen (ähnlich wie Dictyostelium -Fruchtkörper), die in der Lage ist, Gebäuden physischen Schaden zuzufügen. Die kombinierten kolonialen Kaiju sollen ähnliche Aufgaben wie die Microbots im Film Big Hero 6 ausführen können

Dieser Modus ermöglicht es ihnen, ihre Energieniveaus leicht wieder aufzufüllen und sich zu reproduzieren (indem sie wie terrestrische Kakerlaken leben). Sie können sich in Schwärme ausbreiten und die entvölkerten Städte überfallen, wobei sie alle zerstörten Sub-Kaiju, getötete Menschen/Tiere und Lebensmittel aus verlassenen Supermärkten in mehr Biomasse umwandeln.

Darüber hinaus macht ihre koloniale Struktur sie sehr widerstandsfähig gegen konventionelle Angriffe. Indem sie einfach kleine Fragmente von sich selbst trennen, können sie jeder physischen Waffe wie Waffen, Bomben und Artillerie effektiv widerstehen. Tatsächlich bedeutet die extreme Widerstandsfähigkeit von Insekten (wie die Resistenz von Kakerlaken gegen Atombomben demonstriert ), dass sich die kombinierten kolonialen Kaiju einfach lösen können, um selbst nukleare Explosionen zu überleben.

Die kurze Antwort ist Nein .

Die lange Antwort ist, dass die Art und Weise, wie sich die Biologie entwickelt hat, es Lebewesen unmöglich macht, viel größer zu werden, als sie bereits sind.

Knochen können nur so stark sein, so viel Gewicht tragen. Ein Herz kann nur so viel Blut pumpen, und Gewebe kann nur so "resistent" gegen Beschädigungen sein - und kein Lebewesen könnte einen panzerbrechenden Panzer umrunden und leben - es gibt einfach kein Gewebe, das dem standhalten könnte.

Moderne Tiere

Blauwale, die größten Tiere der Erde, leiden mit zunehmendem Alter an Rückenverletzungen, einfach wegen ihrer Größe (obwohl ihr Körper ihr ganzes Leben lang im Wasser schwebt).

Dinosaurier

Dinosaurier existierten über einen sehr langen Zeitraum. Je näher wir der Gegenwart kommen, desto kleiner wurden sie allerdings. Als sie sich weiterentwickelten, fand die Natur, dass kleinere Designs effizienter waren.

Die größten von ihnen, die jemals existierten (sogenannte Titanosaurier), waren 20 m hoch und bis zu 40 m lang. Diese waren Pflanzenfresser, bewegten sich sehr langsam und hatten vermutlich mehrere Herzen, um Blut von einem Ende ihres Körpers zum anderen zu bringen.

Obwohl das beeindruckend ist, denken Sie bitte daran, dass sie den Test der Zeit nicht überstanden haben und dass sie die absolut größten sind, die jemals auf die Erde gekommen sind. Es könnte unmöglich eine Godzilla-ähnliche Kreatur existieren - sie würde unter ihrem eigenen Gewicht Pfannkuchen machen.

Im Science-Fiction

Wenn Sie sich Filme wie Avatar ansehen, erklären sie die Biologie der Pandora-Kreatur (massive fliegende Dinosaurier-Kreaturen und unglaublich große Humanoide) als ein Nebenprodukt ihrer geringen Schwerkraft und natürlich vorkommenden Kohlenstoff-Nanoröhren in ihren Knochen, die sie "sehr gut" machen schwer zu töten".

Selbst Kohlenstoffnanoröhren würden Godzilla jedoch nicht helfen können.