Pytanie:
Jak szybkie powinny być mutacje w przypadku hard science fiction?
MatthewMartin
2011-01-15 09:43:12 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Niepokoiło mnie tempo ewolucji człowieka w Waterworld - może 500 lat na ewolucję ludzi ze skrzelami * i około 1000 lat na ewolucję (z powrotem?) w coś silniejszego niż szympans i szybszego niż olimpijczyk sprinter.

Jak długo powinno zająć wyewoluowanie tego rodzaju cech?

  • Kiedy po raz pierwszy zobaczyłem wodny świat, pomyślałem, że to mutacja jednego pokolenia, a Kevin Kostner jako pierwszy miał skrzela, które działały naprawdę dobrze, co również wydawało się szybkie.
A to, że większość świata była pokryta wodą, wcale Ci nie przeszkadzało?
Jeśli dobrze pamiętam, czy Costner nie był jedynym, który miał skrzela? W takim przypadku byłby po prostu przypadkową mutacją i tak naprawdę nie reprezentowałby ewolucji nowego gatunku. (Pomijając fakt, że przydatne rzeczy, takie jak skrzela, nie pojawiają się nagle.)
@Bill the Lizard: Został tylko jeden. Prawdopodobnie miał rodziców z tymi samymi mutacjami. Nawiązują do tego w filmie.
@DampeS8N: Dzięki. Muszę to znowu obejrzeć. Pamiętam, że był to gigantyczny flop, ale pomyślałem, że był lepszy niż jego recenzje.
@Bill the Lizard: Naprawdę bardzo mi się podoba ten film. To zabawna igraszka, dobrze zagrana i bardzo przypominała mi * Piratów Ciemnej Wody *
Osiem odpowiedzi:
#1
+28
Martha F.
2011-01-16 22:04:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Krótka odpowiedź jest taka, że ​​ewolucja nie mogła stworzyć skrzeli u ludzi. To nie działa w ten sposób, chyba że mówimy o milionach lat. Jeśli jednak ludzie w Waterworld mieli inżynierię genetyczną, to całkiem rozsądne jest przypuszczenie, że mogą stworzyć człowieka ze skrzelami w ciągu 50 lat. Długie wyjaśnienie znajduje się poniżej, wraz z dość szczegółowym opisem działania ewolucji.

Myślę, że jednym z problemów w dyskusji o ewolucji jest to, że łączymy dwa różne procesy.

Pierwsza to mutacje. W pewnym tempie pojawiają się one w populacjach - które mogą być różne dla różnych gatunków i dla różnych populacji. Populacja narażona na wysokie poziomy promieniowania może mieć wysoki poziom mutacji. Jednak mutacja jest przypadkowa. Wiele mutacji będzie szkodliwych - nawet powodujących dużą liczbę nieudanych ciąż. (Wysokie wskaźniki poronień lub zgonów podczas ciąży lub wkrótce po niej - lub nieżywotnych jaj u gatunku znoszącego jaja).

Nawet obecnie u ludzi występuje dość wysoki wskaźnik nieudanych ciąż . 15% znanych ciąż kończy się poronieniem - a prawdopodobnie jest ich jeszcze więcej, o których nie wiemy, ponieważ zdarzają się, zanim kobieta zdaje sobie sprawę, że jest w ciąży. Wiele razy te poronienia są spowodowane tym, że zapłodnione jajo nie rozwija się prawidłowo i nigdy nie przenosisz się z blastocysty do płodu. Zamiast tego dostajesz śmieci, które ciało kobiety wyrzuca podczas poronienia.

Drugi proces to selekcja. Mutacje, które nie są wystarczająco szkodliwe, aby spowodować śmierć, spowodują pojawienie się nowych istot. Ale ostateczne pytanie dotyczące ewolucji brzmi: czy te istoty rozmnażają się? I czy to potomstwo również się rozmnaża? W doborze naturalnym środowisko może określić, czy osobnik przeżyje wystarczająco długo, aby się rozmnażać. Niektóre mutacje mogą wpływać na ten proces. Jeśli mutacja zapewnia osobnikowi płodność przez dłuższy okres, może mieć więcej potomstwa. Podobnie, jeśli mutacja zapewnia, że ​​dana osoba przeżyje dłużej, może to prowadzić do większej liczby potomstwa. Lub jeśli mutacja czyni osobę bardziej atrakcyjnym rodzicem (na przykład długie i kolorowe ogony u pawi), jest bardziej prawdopodobne, że będą się kojarzyć.

Jednak w przypadku ludzi istnieje czynnik łagodzący. Mamy narzędzia, które mogą prowadzić do przetrwania istot, które inaczej by nie przetrwały. Weźmy przykład Waterworld : mamy łodzie i środki do ich budowy. Dlatego w perspektywie krótkoterminowej nie byłoby presji na przetrwanie, która spowodowałaby, że jakakolwiek mutacja byłaby wystarczająco korzystna, aby spowodować zmianę w populacji. Jednak w dłuższej perspektywie zaczęłyby nam kończyć się sposoby naprawiania łodzi. O wiele trudniej jest ścinać drzewa lub wydobywać rudę, jeśli nie ma suchego lądu. W tym momencie przeżycie tych, którzy mogą dłużej pozostać poza łodziami, może faktycznie zacząć wpływać na populację.

Istnieje również kwestia selekcji „nienaturalnej” lub hodowli selektywnej. Widzimy to u psów. Wilki na całym świecie wyglądają prawie tak samo. Ale kiedy ludzie zaczęli udomawiać kły, zaczęliśmy wybierać samce, z którymi rozmnażać się samice. Dlatego jeśli chcieliśmy szczególnie małych psów, hodujemy od najmniejszych samców do najmniejszych samic iw każdym pokoleniu kontynuujemy ten proces. W końcu skończymy z psami-zabawkami, ponieważ wybieramy tę funkcję. ( fascynująca wersja tego procesu została wykorzystana w XIX wieku do stworzenia owiec i bydła z większą ilością mięsa).

Myślę, że jednym z najbardziej zagmatwanych aspektów ewolucji jest jednak idea, że ​​możemy wyewoluować zupełnie nowy organ (skrzela) znikąd. Mutacje zmieniają schemat tego, co już istnieje. Na przykład mogą umożliwić nieco większą pojemność płuc, co umożliwiłoby ludziom dłuższe wstrzymywanie oddechu. Z biegiem czasu, jeśli okaże się to wystarczająco korzystne, rozprzestrzeni się, a być może nawet zwiększy się jeszcze bardziej. Ale ewolucja jest przypadkowa. Ale ewolucja nie może zacząć od zera. Jedyne, co może się zdarzyć, to możliwość dostosowania aktualnych planów. Możemy więc zacząć bawić się pojemnością płuc, ale nasze geny nie mogą losowo stworzyć czegoś, co jest w pełni funkcjonalne od podstaw. Ewolucja nowego organu zajęłaby DUŻO więcej czasu niż niewielka zmiana, na przykład możliwość dłuższego wstrzymania oddechu, aby się rozprzestrzenił.

Jedyną rzeczą, która ma znaczenie w naturalnej ewolucji, jest to, czy istnieje większe prawdopodobieństwo urodzenia potomstwa z tej mutacji. Jeśli tak, to mutacja jest wybrana dla. Jeśli nie, jest wybierany przeciwko. Ale większość mutacji nie ma żadnego efektu. (Mutacja może powodować, na przykład, pojawienie się dołków nie tylko na policzkach, ale także na łokciach). Jest to mutacja całkowicie bezużyteczna pod względem przetrwania. Ale może się zdarzyć, że zostanie przekazany po prostu przez przypadek. (Może się zdarzyć, że nasza osoba z dołeczkiem łokciowym ma dużo dzieci.) To jest normalna ewolucja. Jeśli mutacja nie jest szkodliwa, jest tak samo prawdopodobne, że zostanie przekazana, co nie.

Z tego powodu w wielu bardziej ekstremalnych rasach zwierząt istnieją inne czynniki, które zwykle są przekazywane wraz z cechą, do której wybrano. (Na przykład konie pełnej krwi, które zostały wyhodowane dla szybkości, zwykle mają wiele problemów, w tym mały rozmiar serca i krwawienie z płuc.)

Ostatnim czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest podstawowy element science fiction - inżynieria genetyczna. Tutaj bierzemy sekwencję DNA, aby wyhodować cechę X i umieszczamy ją w DNA istoty Y. Albo gdzie wchodzimy do DNA organizmu i wycinamy fragmenty, których nie lubimy. Obecnie robi się to w wielu obszarach. Najczęściej wykonuje się prace przy uprawach takich jak pomidory czy tytoń. (Po prostu wyszukaj genetycznie zmodyfikowaną żywność, aby zobaczyć próbkę zakresu dyskusji na ten temat).

W zależności od tego, kiedy Waterworld ma się odbyć, mój głos na najbardziej prawdopodobne pochodzenie skrzeli postaci Kevina Costnera. Teoretycznie mogłoby się to zdarzyć w jednym pokoleniu, chociaż prawdopodobnie byłoby wiele prób, w których geny nie ulegają prawidłowej ekspresji, nie działają prawidłowo lub powodują problemy w innym systemie. (Wydaje mi się, że skrzela były na jego szyi, która jest już wypełniona innymi rzeczami, takimi jak naczynia krwionośne prowadzące do mózgu - jeśli skrzela im przeszkadzają, zmodyfikowane dziecko nie przeżyje.)

Fantastyczny! Jakieś uzasadnienia dla całej wody? :)
Nie. Inne niż podstawowe Nie wykonałem badań. (http://tvtropes.org/pmwiki/pmwiki.php/Main/DidNotDoTheResearch) :-)
Świetna odpowiedź, Martha F.
Inżynieria genetyczna (np. Rozpoczęta na „początku” globalnej powodzi) jest dobrym wyjaśnieniem! Właściwie, kiedy zobaczyłem ten film, mój widok podskoczył nieco na scenie „On ma skrzela”. Nie było to absolutnie konieczne, aby mieć to w filmie. Historia w tle jest w jakiś sposób wiarygodna ze stopionymi pokrywami lodowymi, ale to ... :-(
+1 Niezwykle niesamowita i dobrze uzasadniona odpowiedź!
+1 za szkodliwe mutacje; przypadkowe mutacje genów z większym prawdopodobieństwem prowadzą do raka płuc niż skrzela.
Zapora małych lodowych meteorytów i bluźniercze eksperymenty z ludzkimi gentechami dla elity mogą zadziałać.
#2
+9
DampeS8N
2011-01-15 11:44:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ewolucja to zabawna rzecz. Nie możesz prosić o magię. Prawdziwa odpowiedź jest taka, że ​​ludzkie płuca prawdopodobnie nigdy nie zamieniłyby się w skrzela. W końcu spójrz na każdego ssaka morskiego. Żaden z nich nie stracił płuc na rzecz skrzeli. Płuca są lepsze.

To, co można by zobaczyć, to zwiększona pojemność płuc i zdolność krwi do przenoszenia większej ilości tlenu. Taka zmiana może nastąpić bardzo szybko, jeśli zostanie odpowiednio dobrana. Jednak to ludzie pływający w morzu mogliby zdobyć tę umiejętność. Nie jest to grupa ludzi, którym udało się znaleźć jedyną masę lądową pozostałą na Ziemi.

Zmiany, które opisałem powyżej, mogą z łatwością uczynić ludzi wodnymi w ciągu 500 lat. To mniej więcej 25 pokoleń. Jest to na pewno wystarczająco długie dla stóp i dłoni z błonami, i wystarczająco długie, aby przynajmniej podwoić pojemność płuc i prawdopodobnie dla szerszych naczyń krwionośnych i zwiększenia ilości krwi, jeśli nie zwiększenia jej pojemności magazynowej.

Pod warunkiem, że są to cechy umożliwiające przetrwanie dla ludzi. Zasadniczo wymagałoby to życia w wodzie przez cały czas i prawdopodobnie wiązałoby się to z wieloma innymi adaptacjami podobnymi do delfinów.

Z pewnością wydawałyby się one cechami przetrwania, biorąc pod uwagę środowisko.
Tempo ewolucji organizmów zależy w dużej mierze od tego, jak bardzo potrzebują one ewolucji. Cała planeta pokryta wodą wydaje się wystarczająco dużym impulsem, aby wywołać szybkie mutacje, ponieważ osoby, które kiedyś były mniej zdolne do przetrwania, szybko umarły.
@13Tazer31: Organizmy nie ewoluują tylko dlatego, że muszą. Zmiana środowiska nie powoduje mutacji, powoduje przeżycie tych organizmów, które po prostu mutowały w pożyteczny sposób. Planeta pokryta wodą nie spowodowałaby ewolucji skrzeli u ludzi. Gatunki są znacznie bardziej narażone na wymarcie po takim katastrofalnym wydarzeniu.
@Bill Nie powiedziałem, że ewoluują, ponieważ muszą. Powiedziałem, że tempo, w jakim ewoluują, zależy od tego, jak bardzo zmienia się ich środowisko. Oczywiście istnieje górna granica tego, gdzie zmiana jest zbyt ekstremalna, powodując wymarcie gatunku. Ale jeśli zmiana jest bardzo ekstremalna, ale nie tak ekstremalna, aby zabić wszystkich, tylko ci, którzy są najbardziej zdolni do przetrwania (ci z najbardziej korzystnymi mutacjami) przeżyją i rozmnażają się, powodując w ten sposób szybszą ewolucję, w przeciwieństwie do przeżycia większej liczby mniej zdolnych do przetrwania i rozmnażanie się.
@13Tazer31: Źle cię zrozumiałem, kiedy powiedziałeś „impuls do wywołania szybkich mutacji…” Chodziło mi o to, że to, czy mutacje wystąpią, czy nie, jest przypadkowe i nie jest warunkiem środowiska. Jeśli Twoim kluczowym punktem jest „wywołanie ** szybkich ** mutacji”, to zmienia moje rozumienie tego, o czym mówisz.
Przepraszam, mój dobór słów mógł nie być najlepszy. Zdecydowanie masz rację, jeśli chodzi o losowe mutacje.
To, o czym wspomniałem, może nawet nie wymagać mutacji. Nie jestem ekspertem w temacie, które geny zwiększają rozmiar płuc lub naczynia krwionośne.
#3
+4
PearsonArtPhoto
2011-01-15 11:01:58 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Myślę, że Ringworld ma rację, gdzieś około 250 tysięcy lat przy pewnych umiarkowanych zmianach, ale przez długi czas nie ma to jak skrzela, więc ...

#4
+4
user48
2011-01-15 20:46:53 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zgadzam się z @ DampeS8N. Pomyśl o waleni (wieloryby, delfiny, inne rzeczy) - 50 milionów lat ewolucji w kierunku życia wodnego, a one nadal oddychają powietrzem atmosferycznym przy użyciu normalnych płuc.

Walenie potrzebowały około 10-20 lat, aby być całkiem dobrymi wodnymi; oczywiście szybkość ewolucji to bardzo zmienna rzecz, zwłaszcza patrząc tylko na fenotyp, ale jest to całkiem rozsądne przybliżenie dla ludzi wodnych.

#5
+3
Dr G
2011-01-15 18:36:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie sądzę, że mamy solidną teorię specjacji ssaków. Chciałbym otrzymać wskazówki od ludzi bardziej obeznanych w tej dziedzinie.

Jeśli chodzi o science fiction, podoba mi się Darwin's Radio Grega Beara i Darwin's Children które są rzeczywiście twardymi science fiction o ewolucji człowieka, a dokładniej specjacji. W tych książkach specjacja jest nagła, zgodnie z ewolucyjną teorią skoku.

Specjacja to inna kwestia i zależy od nomenklatury. (Specjacja ma miejsce wtedy, gdy coś wyewoluowało na tyle, by być innym gatunkiem). Teoria przeskoku w ewolucji nazywa się równowagą przerywaną i opiera się na założeniu, że ewolucja działa stosunkowo szybko, gdy istnieje wystarczająco duża presja środowiskowa, aby wprowadzić zmiany, ale poza tym mutacje nie zapewniają wystarczających korzyści, aby zmienić populację jako całość, więc sytuacja się wyrównuje.
#6
+3
JDMyers
2012-06-22 02:30:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli wierzysz w ewolucję, to skrzela nie byłyby nową cechą, ale cechą recesywną, która pojawia się ponownie z powodu przypadkowej mutacji lub jakiejś siły zewnętrznej.

Mogę się mylić, nie jestem lekarzem lub genetyk, ale wydaje mi się, że pamiętam, jak czytałem, że w pewnym momencie procesu ciąży u ludzi mamy skrzela, które przekształcają się / ewoluują w płuca w miarę postępu ciąży.

Możemy również trochę poza tematem i omówcie płyn do oddychania ludzi. Jestem pewien, że wszyscy widzieliśmy Otchłań. W tym filmie Ed Harris nosi skafander nurkowy, który wykorzystuje płyn nasycony tlenem, aby umożliwić mu zejście na duże głębokości. W tej chwili nie znam żadnych garniturów dostępnych na rynku, ale nie zdziwiłbym się, gdyby istniały. Chociaż kombinezony nurkowe mogą nie istnieć, technologia ta jest testowana na ofiarach oparzeń i wcześniakach, których płuca nie są jeszcze w stanie przetwarzać tlenu z atmosfery.

#7
+2
AncientSwordRage
2012-06-22 00:34:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli wzrost skrzeli jest tylko czymś włączanym lub wyłączanym przez pewne geny kontrolne, zwane genami hox, może to pozwolić na rozwój skrzeli, ponieważ ludzki płód ma odpowiednie szczeliny, aby przekształcić się w skrzela, podbródek. Chociaż może to oznaczać, że człowiek był zdeformowany, ponieważ nie ma już tego, co mógłby włączyć ten gen hox.

Ale jest mało prawdopodobne, że skrzela ponownie ewoluują w wyniku rozbieżnej ewolucji, inny mechanizm byłby bardziej prawdopodobnie bym sobie wyobraził, biorąc pod uwagę, że jeszcze nie ma ich w delfinach. W związku z tym powiedziałbym, że to całkiem bezpieczny zakład, że tak się nie stanie.

Krótko mówiąc, w zależności od jakiej cechy i które geny są zaangażowane mutacje mogą mieć miejsce w ciągu „kilku pokoleń” lub setek tysięcy pokoleń!

#8
-1
scope_creep
2011-01-18 06:26:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pamiętam, jak kilka lat temu przeczytałem artykuł w czasopiśmie New Scientist, w którym omawiano, w jaki sposób antropologowie i biolodzy sądzili, że jest prawdopodobne, iż oczy ewoluowały w ciągu mniej niż 100 tysięcy pokoleń, a były to badania naukowe. Pokolenie to 30 lat w świecie nauki.

Więc jeśli użyjesz 300 000 lat jako miary dla oczu, to każda ewolucja, która została zaprojektowana, aby umożliwić gatunkowi wyhodowanie skrzeli, aby uzyskać lepsze pożywienie i stać się lepszymi myśliwymi, myślę, że potrwa dłużej, ponieważ skrzela są na twojej szyi. Ponieważ jest to samodzielna przewaga ewolucyjna i mniej złożona niż oczy, ale wciąż nowy organ na szyi, wymagałoby to podobnego, nieco mniejszego, ponieważ skrzela są znacznie mniej złożone niż oczy, lub nieco dłuższego, ponieważ ludzie spędziliby dużo czasu spędzonego w wodzie, aby nastąpiła ewolucja.

Zatem użycie tej miary zajęłoby od 250 000 do 500 000 lat i nie więcej niż tyle.

@mbq, jeśli chodzi o 50 milionów i walenie, które nie wyrosły skrzela, myślę, że powody, dla których walenie nigdy nie rozwinęły jakiegoś systemu skrzelowego, są związane z ilością tlenu, jakiej potrzebują. Potrzebują ogromnych ilości, nawet dopin ma ponad 10 stóp, jest znacznie większy od nas i ma związek z faktem, że stał się ciepłokrwistym. Potrzebują ogromnej ilości tlenu, który nigdy nie byłby odzyskiwany z największych skrzeli, z wody morskiej, stąd oddychanie powierzchniowe. Nie wiem, czy jest to prawdopodobne, ale jesteśmy około 1/4 wielkości delfina ....

Im więcej tego przeczytam, może się mylić, poza oczami. Otrzymujesz rekina wielorybiego, który jest wielkości małych wielorybów i oddychasz przez skrzela. Więc myślę, że to inna gałąź Drzewa życia. Musiałyby się wycofać, ponieważ ssaki są wyżej na drzewie.
* Wince. * Nie - „drzewo życia” to metafora. W ewolucji nie ma „wyższego poziomu”. Dzieje się tak, że ewolucja wprowadza zmiany losowo. Wszystko, co działa, zostaje zachowane. Więc jeśli w jednej grupie ewoluują skrzela i one działają, pozostają. Inna grupa rozwija płuca i pracują, więc pozostają. Żadne nie jest wyższe ani bardziej rozwinięte. Chodzi o pierwsze rozwiązanie, niekoniecznie „najlepsze” rozwiązanie. Ewolucja nie dba o to, czy istnieje lepszy sposób robienia rzeczy - tylko wtedy, gdy TO działa wystarczająco dobrze.
Eee ... 100 tysięcy razy 30 to trzy miliony lat.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 2.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...