Domanda:
Quanto devono essere veloci le mutazioni per la fantascienza hard?
MatthewMartin
2011-01-15 09:43:12 UTC
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Sono stato disturbato dalla velocità di evoluzione umana in Waterworld: forse 500 anni per far evolvere gli umani con le branchie * e circa 1000 anni per evolversi in (di nuovo in?) qualcosa che è più forte di uno scimpanzé e più veloce di un olimpico velocista.

Quanto tempo ci vuole per sviluppare questo tipo di caratteristiche?

  • E quando ho visto per la prima volta il mondo acquatico, ho pensato che fosse una mutazione di una sola generazione e Kevin Kostner è stato il primo ad avere le branchie che funzionavano molto bene, che allo stesso modo sembravano veloci.
E il fatto che la maggior parte del mondo fosse ricoperta d'acqua non ti dava fastidio?
Se ricordo bene, Costner non era l'unico con le branchie? In tal caso sarebbe solo una mutazione casuale e non rappresenterebbe realmente l'evoluzione di una nuova specie. (Mettendo da parte il fatto che cose utili come le branchie non saltano fuori all'improvviso.)
@Bill the Lizard: Ne è rimasto solo uno. Presumibilmente aveva genitori con le stesse mutazioni. Alludono a questo nel film.
Grazie @DampeS8N:. Ho bisogno di guardarlo di nuovo. Ricordo che era un flop gigantesco, ma ho pensato che fosse migliore delle sue recensioni.
@Bill the Lizard: Mi piace davvero molto il film. È un gioco divertente, ben recitato e mi ha ricordato molto * Pirates of Dark Water *
Otto risposte:
#1
+28
Martha F.
2011-01-16 22:04:51 UTC
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La risposta breve è che l'evoluzione non può creare branchie negli esseri umani. Non funziona in questo modo a meno che non stiamo parlando di milioni di anni. Tuttavia, se gli umani in Waterworld avessero un'ingegneria genetica, è perfettamente ragionevole credere che potrebbero creare un essere umano con le branchie in 50 anni. La lunga spiegazione è di seguito, insieme a una descrizione piuttosto dettagliata di come funziona l'evoluzione.

Penso che uno dei problemi nella discussione dell'evoluzione sia che stiamo fondendo due processi diversi.

Il primo sono le mutazioni. Questi compaiono nelle popolazioni ad un certo ritmo, che potrebbe essere diverso per specie diverse e per popolazioni diverse. Una popolazione esposta ad alti livelli di radiazioni potrebbe avere un alto livello di mutazione. Tuttavia, la mutazione è casuale. E molte delle mutazioni saranno dannose, fino al punto di causare un gran numero di gravidanze fallite. (Alti tassi di aborto spontaneo o di morte durante o subito dopo la gravidanza - o di uova non vitali in una specie che depone le uova).

Anche attualmente negli esseri umani, c'è in realtà un tasso abbastanza alto di gravidanze fallite . Il 15% delle gravidanze note si traduce in aborto spontaneo e probabilmente ce ne sono ancora di più di cui non siamo a conoscenza perché si verificano prima ancora che la donna si accorga di essere incinta. Molte volte, questi aborti sono dovuti al fatto che l'ovulo fecondato non si sviluppa correttamente e non ti sposti mai dalla blastocisti al feto. Invece, ottieni spazzatura che il corpo della donna elimina in un aborto spontaneo.

Il secondo processo è la selezione. Le mutazioni che non sono abbastanza dannose da causare la morte si tradurranno in nuovi esseri. Ma l'ultima domanda in termini di evoluzione è: questi esseri si riproducono? E anche quella prole si riprodurrà? Nella selezione naturale, l'ambiente può determinare se un individuo sopravvive abbastanza a lungo da riprodursi. Alcune mutazioni possono influenzare questo processo. Se una mutazione rende un individuo fertile per un periodo più lungo, potrebbe avere più prole. Allo stesso modo, se una mutazione assicura che l'individuo sopravviva più a lungo, ciò potrebbe portare a più prole. Oppure, se una mutazione rende l'individuo un genitore più attraente (code lunghe e colorate nei pavoni, per esempio), è più probabile che si accoppino.

Tuttavia, con gli esseri umani, c'è un fattore attenuante. Abbiamo strumenti che possono portare alla sopravvivenza di esseri che altrimenti non potrebbero sopravvivere. Prendiamo l'esempio di Waterworld : abbiamo barche e i mezzi per costruirle. Pertanto, a breve termine, non ci sarebbe alcuna pressione di sopravvivenza per far sì che una mutazione sia sufficientemente benefica da causare un cambiamento nella popolazione. A lungo termine, tuttavia, inizieremmo a rimanere senza modi per riparare le barche. È molto più difficile abbattere alberi o estrarre minerali se non c'è terra asciutta. A questo punto, infatti, la sopravvivenza di chi riesce a stare a terra più a lungo può iniziare a incidere sulla popolazione.

C'è anche una questione di selezione "innaturale" o allevamento selettivo. Possiamo vederlo nei cani. I lupi sembrano più o meno gli stessi in tutto il mondo. Ma quando gli umani hanno iniziato ad addomesticare i cani, abbiamo iniziato a scegliere quali maschi allevare con quali femmine. Pertanto, se volessimo cani particolarmente piccoli, alleviamo dai maschi più piccoli alle femmine più piccole, e in ogni generazione, continuiamo il processo. Alla fine, finiremo con i cani giocattolo, perché stiamo selezionando per quella caratteristica. (Una versione affascinante di questo processo è stata utilizzata nel 1800 per creare pecore e bovini con più carne).

Penso che uno degli aspetti più confusi dell'evoluzione, tuttavia, sia l'idea che possiamo far evolvere un organo (branchie) completamente nuovo dal nulla. Quello che fanno le mutazioni è che cambiano il progetto per ciò che è già presente. Ad esempio, potrebbero consentire una capacità polmonare leggermente superiore, che consentirebbe alle persone di trattenere il respiro più a lungo. Nel tempo, se questo fosse abbastanza vantaggioso, si diffonderebbe e forse aumenterebbe ulteriormente. Ma l'evoluzione è casuale. Ma l'evoluzione non può partire da zero. Tutto ciò che può accadere è che i progetti attuali possano essere modificati. Quindi possiamo iniziare a giocare con la capacità polmonare, ma i nostri geni non possono creare in modo casuale qualcosa che sia completamente funzionale da zero. Affinché un nuovo organo si evolva richiederebbe MOLTO più tempo rispetto a un piccolo cambiamento come essere in grado di trattenere il respiro più a lungo per diffondersi.

L'unica cosa che conta nell'evoluzione naturale è se c'è una maggiore probabilità di produrre prole da quella mutazione. Se sì, la mutazione è selezionata per. Se no, è selezionato contro. Ma la maggior parte delle mutazioni non ha effetto. (Una mutazione potrebbe causare, ad esempio, la comparsa di fossette non solo sulle guance, ma anche sui gomiti). Questa è una mutazione completamente inutile in termini di sopravvivenza. Ma potrebbe succedere di essere tramandato semplicemente per caso. (La nostra persona con le fossette del gomito potrebbe anche avere molti bambini.) Questa è l'evoluzione come avviene normalmente. Se una mutazione non è dannosa, è altrettanto probabile che venga trasmessa.

Questo è il motivo per cui in molte delle razze animali più estreme, ci sono altri fattori che tendono a essere trasmessi insieme al tratto per il quale è stato selezionato. (Ad esempio, i cavalli purosangue, allevati per la velocità, tendono ad avere una serie di problemi tra cui piccole dimensioni del cuore e sanguinamento dai polmoni.)

L'ultimo fattore da considerare è un caposaldo della fantascienza: ingegneria genetica. Qui è dove prendiamo la sequenza del DNA per far crescere la caratteristica X e posizionarla nel DNA della creatura Y. O dove andiamo nel DNA di un organismo e tagliamo via i pezzi che non ci piacciono. Ciò è attualmente in corso in una serie di settori. Il più comune è il lavoro svolto su colture come pomodori o tabacco. (Basta fare una ricerca di alimenti geneticamente modificati per vedere un campione della gamma di discussioni sull'argomento.)

A seconda di quando si suppone che Waterworld avrà luogo, ciò potrebbe il mio voto per l'origine più probabile delle branchie del personaggio di Kevin Costner. Ciò potrebbe teoricamente accadere in una generazione, anche se probabilmente ci saranno un certo numero di tentativi in ​​cui i geni non vengono espressi correttamente, o non funzionano bene, o causano problemi a qualche altro sistema. (Credo che le branchie fossero nel suo collo, che è già pieno zeppo di altre cose come i vasi sanguigni che portano al cervello - se le branchie interferissero con quelle, il bambino modificato non sarebbe sopravvissuto.)

Fantastico! Qualche giustificazione per tutta l'acqua? :)
No. Altro che la base non ha fatto la ricerca. (http://tvtropes.org/pmwiki/pmwiki.php/Main/DidNotDoTheResearch) :-)
Ottima risposta, Martha F.
L'ingegneria genetica (ad esempio, iniziata all '"inizio" del diluvio globale) è una buona spiegazione! In realtà, quando ho visto questo film, la mia visione è balzata un po 'alla scena "Ha le branchie". Non era assolutamente necessario averlo nel film. La storia di fondo è in qualche modo credibile con le calotte glaciali fuse, ma questo ... :-(
+1 Risposta incredibilmente fantastica e ben motivata!
+1 per mutazioni dannose; le mutazioni geniche casuali hanno maggiori probabilità di portare al cancro ai polmoni rispetto alle branchie.
Una raffica di piccoli meteoriti di ghiaccio più blasfemi esperimenti gentech umani per l'élite potrebbero funzionare.
#2
+9
DampeS8N
2011-01-15 11:44:40 UTC
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L'evoluzione è una cosa divertente. Non puoi chiedergli magia. La vera risposta è che i polmoni umani probabilmente non si trasformerebbero mai in branchie. Dopotutto, guarda ogni mammifero marino. Nessuno di loro ha perso i polmoni a favore delle branchie. I polmoni sono migliori.

Ciò che vedresti è una maggiore capacità polmonare e la capacità del sangue di trasportare più ossigeno. E questo tipo di cambiamento potrebbe avvenire molto rapidamente se opportunamente selezionato per. Tuttavia, sarebbero state le persone in mare che avrebbero acquisito questa capacità. Non un gruppo di persone che hanno avuto la fortuna di trovare l'unica massa di terra rimasta sulla terra.

I cambiamenti come ho descritto sopra potrebbero facilmente rendere gli esseri umani acquatici in 500 anni. Si tratta di circa 25 generazioni. Questo è abbastanza lungo per mani e piedi palmati di sicuro, e abbastanza lungo per almeno una capacità polmonare raddoppiata, e probabilmente per vasi sanguigni più larghi e un aumento della quantità di sangue, se non un aumento della capacità di immagazzinamento di quel sangue.

A condizione che queste siano davvero caratteristiche di sopravvivenza per gli umani. Fondamentalmente ciò richiederebbe che vivano in acqua a tempo pieno, e probabilmente verrebbe fornito con molti altri adattamenti simili a delfini.

Quelle sembrerebbero certamente caratteristiche di sopravvivenza dato l'ambiente.
La velocità con cui gli organismi si evolvono dipende fortemente da quanto è necessario che si evolvano. L'intero pianeta ricoperto d'acqua sembra un impulso abbastanza grande da causare mutazioni rapide, poiché chi una volta era meno in grado di sopravvivere morirebbe rapidamente.
@13Tazer31: Gli organismi non si evolvono solo perché devono. Un cambiamento nell'ambiente non causa mutazioni, ma provoca la sopravvivenza di quegli organismi a cui è capitato di mutare in modi utili. Il pianeta ricoperto d'acqua non stimolerebbe l'evoluzione delle branchie negli esseri umani. È molto più probabile che le specie si estinguano dopo un evento così catastrofico.
@Bill Non ho detto che si evolvono perché hanno bisogno di farlo, ho detto che la velocità con cui si evolvono dipende da quanto estremamente cambia il loro ambiente. Ovviamente c'è un limite superiore a questo, in cui il cambiamento è troppo estremo causando l'estinzione della specie. Ma se il cambiamento è estremamente estremo, ma non così estremo da uccidere tutti, solo quelli più capaci di sopravvivere (quelli con le mutazioni più benefiche) sopravviveranno e si riprodurranno, causando così un'evoluzione più rapida rispetto a più dei meno in forma che sopravvivono e riproducendo anche.
@13Tazer31: Ti ho frainteso quando hai detto "impulso a causare mutazioni rapide ..." Il mio punto era che il verificarsi o meno delle mutazioni è casuale e non una condizione dell'ambiente. Se il tuo punto chiave è "causa ** rapide ** mutazioni", ciò cambia la mia comprensione di ciò che stai dicendo.
La mia scelta di parole potrebbe non essere stata la migliore, mi dispiace. Hai decisamente ragione sulle mutazioni che si verificano in modo casuale.
Le cose che ho menzionato potrebbero anche non richiedere mutazioni. Non sono un esperto in materia di quali geni aumentano le dimensioni dei polmoni o ingrandiscono i vasi sanguigni.
#3
+4
PearsonArtPhoto
2011-01-15 11:01:58 UTC
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Penso che Ringworld abbia capito bene, da qualche parte intorno a 250 mila anni per alcuni cambiamenti moderati, ma per molto tempo niente come le branchie, quindi ...

#4
+4
user48
2011-01-15 20:46:53 UTC
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Sono d'accordo con @ DampeS8N. Pensa ai cetacei (balene, delfini, roba): 50 milioni di anni di evoluzione verso la vita acquatica e respirano ancora aria atmosferica usando polmoni normali.

I cetacei avevano bisogno di circa 10-20 My per essere abbastanza bravi acquatici; ovviamente la velocità dell'evoluzione è una cosa molto varia, specialmente se si considera solo il fenotipo, ma questa è un'approssimazione abbastanza ragionevole per gli esseri umani acquatici.

#5
+3
Dr G
2011-01-15 18:36:21 UTC
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Non credo che abbiamo una solida teoria sulla speciazione dei mammiferi. Vorrei suggerimenti da persone più esperte nel campo.

Per quanto riguarda la fantascienza, mi piacciono Darwin's Radio di Greg Bear e Darwin's children che sono davvero fantascientifici sull'evoluzione umana e più specificamente sulla speciazione. In quei libri la speciazione è improvvisa, seguendo una teoria del salto evolutivo.

La speciazione è una questione diversa e dipende dalla nomenclatura. (La speciazione è quando qualcosa si è evoluto abbastanza da essere una specie diversa.) La teoria del salto nell'evoluzione è chiamata equilibrio punteggiato e si basa sull'idea che l'evoluzione funziona relativamente velocemente quando c'è una pressione ambientale abbastanza alta da apportare cambiamenti, ma altrimenti , le mutazioni non offrono benefici sufficienti per cambiare la popolazione nel suo insieme, quindi le cose tendono a pareggiare.
#6
+3
JDMyers
2012-06-22 02:30:13 UTC
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Se credi nell'evoluzione, le branchie non sarebbero un nuovo tratto ma un tratto recessivo che riemerge a causa di una mutazione casuale o di qualche forza esterna.

Potrei sbagliarmi, non sono un medico o genetista, ma credo di ricordare di aver letto che a un certo punto del processo di gestazione umana noi (umani) abbiamo effettivamente branchie che si convertono / evolvono in polmoni man mano che la gravidanza progredisce.

Potremmo anche fare poco fuori tema e discuti di Umani che respirano liquidi. Sono sicuro che tutti abbiamo visto l'Abisso, in quel film Ed Harris indossa una muta da sub che utilizza liquido saturo di ossigeno per consentirgli di scendere a grandi profondità. Non sono a conoscenza di abiti disponibili in commercio in questo momento, ma non sarei sorpreso se esistessero. E anche se potrebbe non esserci alcuna muta da sub, questa tecnologia è testata con vittime di ustioni e bambini prematuri i cui polmoni non sono ancora in grado di elaborare l'ossigeno dall'atmosfera.

#7
+2
AncientSwordRage
2012-06-22 00:34:38 UTC
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Se la crescita delle branchie è semplicemente qualcosa che viene attivato o disattivato da alcuni geni di controllo, chiamati geni hox, potrebbe consentire alle branchie di crescere poiché il feto umano ha le fessure giuste per svilupparsi in branchie piuttosto che un mento. Anche se potrebbe significare che l'umano è stato deformato, perché non hanno più tutto ciò che il gene hox avrebbe attivato.

Ma è piuttosto improbabile che le branchie si evolveranno nuovamente per evoluzione divergente, qualche altro meccanismo sarebbe più probabilmente immagino, considerando che non hanno ancora nei delfini. In quanto tale, direi che è una scommessa abbastanza sicura che ciò non accadrà.

Quindi, in breve, a seconda di quale caratteristica e quali geni sono coinvolti le mutazioni possono avvenire nel corso di una "manciata di generazioni" o centinaia di migliaia di generazioni!

#8
-1
scope_creep
2011-01-18 06:26:50 UTC
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Ricordo di aver letto un articolo del New Scientist alcuni anni fa, e il loro era un articolo che parlava di come gli antropologi e i biologi pensassero che fosse probabile che gli occhi si fossero evoluti in meno di 100.000 generazioni, e quella era ricerca scientifica. Una generazione è da 30 anni nel mondo della scienza.

Quindi, se usi 300.000 anni come metrica, per gli occhi, qualsiasi evoluzione che è stata progettata per consentire a una specie di crescere branchie per ottenere cibo migliore e diventare cacciatori migliori, penso che richiederebbe più tempo, dal momento che le branchie sono sul tuo collo. Poiché è un vantaggio evolutivo autonomo e meno complesso degli occhi, ma pur sempre un nuovo organo sul collo, ci vorrebbe un simile, leggermente inferiore, poiché le branchie sono molto meno complesse degli occhi, o leggermente più lunghe perché le persone avrebbero speso molto di tempo in acqua, per far accadere l'evoluzione.

Quindi, utilizzando questa metrica, ci vorrebbero tra 250.000 e 500.000 anni e non di più.

@mbq, per quanto riguarda i 50 milioni e i cetacei che non crescono branchie, penso che le ragioni per cui i cetacei non hanno mai sviluppato un qualche tipo di sistema branchiali, siano legate alla quantità di ossigeno di cui hanno bisogno. Hanno bisogno di grandi quantità, anche un dophin è più di 10 piedi, enormemente più grande di noi, e correlato al fatto che hanno sangue caldo. Hanno bisogno di una grande quantità di ossigeno, che non sarebbe mai recuperabile con le branchie più grandi, dall'acqua di mare, quindi respirando in superficie. Non so se sia plausibile, ma siamo circa 1/4 delle dimensioni di un delfino ....

Più lo leggo, potrebbe essere sbagliato, a parte gli occhi. Ottieni uno squalo balena, che ha le dimensioni di piccole balene, e respira attraverso le branchie. Quindi immagino che sia un ramo diverso dell'albero della vita. Dovrebbero de-evolversi, poiché i mammiferi sono più in alto sull'albero.
* Wince. * No, "l'albero della vita" è una metafora. Non c'è "più in alto" nell'evoluzione. Quello che succede è che l'evoluzione apporta cambiamenti casuali. Tutto ciò che funziona viene mantenuto. Quindi, se un gruppo sviluppa branchie e lavorano, restano. Un altro gruppo sviluppa i polmoni e lavorano, quindi restano nei paraggi. Nessuno dei due è superiore o più evoluto. Si tratta della prima soluzione, non necessariamente della "migliore" soluzione. All'evoluzione non interessa se c'è un modo migliore per fare le cose - solo se QUESTA cosa funziona abbastanza bene.
Ehm ... 100k volte 30 sono tre milioni di anni.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 2.0 con cui è distribuito.
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