Предполагая, что океан достаточно глубок и не переполнен, существуют ли какие-либо верхние пределы размеров, в которых может вырасти «морское чудовище»?
На суше существа ограничены гравитацией, они должны быть в состоянии генерировать силы, необходимые для движения (не говоря уже об охоте, побеге и размножении). Однако в воде плавучесть не ограничивает их таким же образом (поэтому плавание часто используется для реабилитации после травм).
Существуют ли подобные ограничения в воде или размер существа ограничен только его едой и пространством?
Физически жестких ограничений нет, так как проблемы с весом решаются за счет плавучести. В конечном итоге вы получите интересные внутренние системы для управления такими вещами, как дыхание, кровоток и т. д., но решения могут быть предложены для всех них.
Тем не менее, непосредственными проблемами, которые докажут наличие ограничивающих факторов, являются:
Мобильность
Только внешняя поверхность существа находится в контакте с водой, по мере того, как оно становится все больше и больше, оно также становится все менее и менее подвижным, так как каждый раз, когда размер удваивается, поверхность, соприкасающаяся с водой, увеличивается в четыре раза, но масса увеличивается в восемь раз. .
Дыхание
Существу нужно как-то поглощать кислород и распределять его по телу. Количество тела, которое необходимо поддерживать, по отношению к поверхности, способной поглощать кислород, имеет ту же проблему, что и мобильность. Кроме того, существует проблема доставки этого кислорода туда, где он необходим.
Еда
Это большая проблема, чем вы, кажется, думали. Чем больше становится существо, тем менее подвижным и проворным оно становится. Заметно, например, что синие киты поедают крошечных существ огромными глотками, а не пытаются охотиться за их пищей.
Даже если вся поверхность существа была ртом (в этом случае куда делись ласты и жабры), в конечном итоге вы достигнете предела, когда оно просто не сможет есть достаточно, чтобы поддерживать свою массу.
Вы можете представить пирамидальную систему, в которой самые большие из этих существ поедают более мелкие версии, те поедают более мелкие версии и так далее.
Проблема с этим, однако, заключается в том, что более крупным необходимо каким-то образом поймать более мелких в достаточном количестве, чтобы поддерживать себя. Теоретически это возможно, но все равно будут ограничения.
Гипотетический пример экосистемы
У вас может быть планета-океан, населенная по существу одной доминирующей формой жизни. Форма жизни имеет массивную избыточность, распределённую нервную систему и несколько сердец/жабр/ласт/и т.д. Если часть оторвана, она запечатывает рану и отрастает отсутствующая область, постоянно растущая.
Стадия 1: личинка
В своей самой маленькой форме он живет и питается массивными плавающими зарослями морских водорослей.
Этап 2: Прото
Когда они становятся больше, они начинают охотиться друг на друга, отрывая куски от более мелких, чтобы съесть их. Меньшие в основном закрывают повреждения и снова начинают расти, пытаясь не быть съеденными, но многие из них в конечном итоге остаются в уменьшенном размере, а некоторые становятся больше.
Этап 3: Грейзер
Более крупные версии пасутся на плавающих водорослях. Иногда они едят более мелких, но в основном не могут их поймать. Иногда они могут оторвать куски от неосторожного Прото и таким образом получить прибавку белка.
Этап 4: Большой травоядный
Существо шириной в сотни метров прогрызает себе путь сквозь плавающие водоросли, оставляя за собой расчищенный след и поедая все, что поменьше, достаточно глупое, чтобы встать у него на пути.
Этап 5: Сидячий
По мере того, как существо становится больше и медленнее, водоросли больше не могут его поддерживать, движение требует больше энергии, чем получает. Он погружается в глубины океана и замолкает, скрываясь в глубине. В основном он впадает в спячку, ожидая, пока наверху пройдут травоядные или более крупные, когда один из них выбрасывает массивные щупальца и утаскивает их в его ждущую пасть.
Сидячая форма имела бы интересный эффект, поскольку в области над ней было бы мало травоядных, что позволяло бы более мелким существам расти и водорослям плодиться в изобилии - до тех пор, пока мелкие существа не вырастали бы достаточно большими, чтобы их можно было есть. Это изобилие соблазнило бы больше пастухов в этом районе, только для того, чтобы они были съедены в свою очередь.
Иногда океанские течения дрейфовали две сидячие формы достаточно близко друг к другу. Это привело бы к титанической битве, в которой каждый отрывал куски от другого и поглощал их, пока, в конце концов, либо один не побеждал и не пожирал меньший, либо двое снова не расходились.
Для существ, на которые распространяются ограничения по размеру, налагаемые законом квадрата-куба, как описано в ответе Тима Б., нет смысла рассматривать проблемы, возникающие при еще больших размерах. Например, для китов, кальмаров и рыб см. этот ответ. Однако для существ менее традиционных форм размер может быть увеличен до такой степени, что, возможно, стоит рассмотреть дополнительные ограничения, с которыми сталкиваются гипотетические существа действительно огромных размеров. По мере того, как мы продвигаемся через эти пределы, мы приходим к формам жизни, где определение «существо» немного размывается, поэтому ваши собственные требования к тому, что должно представлять собой существо, будут влиять на то, как далеко вы можете зайти в своем собственном мире.
Для постоянной формы тела удвоение длины увеличивает в четыре раза площадь поверхности, но в восемь раз увеличивает объем. Если внутреннее распределение также остается постоянным, это также увеличивает массу в восемь раз, что делает маневрирование все более и более трудным. Плавучесть помогает только с проблемой поддержки массы. Инерция массивного существа по-прежнему ограничивает его движение, и, как указывает Тим Б., доступная площадь поверхности для движения не может поспевать за гораздо более быстрым ростом массы по мере увеличения размера существа.
Ограничения, связанные с уменьшением площади поверхности на единицу объема, можно преодолеть, изменяя форму во время роста. Проблема применима только к существам, которые сохраняют ту же форму по мере роста. Существо, которое постоянно увеличивает относительную площадь поверхности своей формы по мере роста, сможет поддерживать контакт с большой поверхностью для потребления пищи и кислорода, а также для движения.
Например, животные, которые обмениваются кислородом и углекислым газом через кожу, намного меньше животных, которые используют жабры или легкие для изменения своей формы и увеличения площади поверхности. Даже увеличение легкого не предотвращает отставание площади поверхности от объема — более крупное существо имеет больше уровней ветвления в легких, а не просто ту же увеличенную форму. Например, количество уровней ветвления в легком мыши, если его увеличить до размера легкого синего кита, будет иметь гораздо меньшую площадь поверхности, чем легкое синего кита. Большое легкое — это не просто увеличенное маленькое легкое, это более близкое приближение к фрактальной древовидной структуре идеализированного легкого.
Таким образом, проблема газообмена может быть решена с помощью самоподобной структуры, которая не просто увеличивается в масштабе, но становится более сложной при больших размерах. Однако это по-прежнему оставляет движение ограниченным законом квадрата-куба. Несмотря на то, что легкие делают возможных существ значительно крупнее синего кита (самые крупные зарегистрированные синие киты почти в два раза больше среднего синего кита), движение означает, что закон квадрата-куба в конечном итоге все еще применяется.
Обратите внимание, что синие киты могут двигаться значительно быстрее, чем скорость, которую они используют для кормления - их размер не является верхним пределом, даже исходя из движущей силы. В отсутствие хищников (косаток) и необходимости мигрировать на большие расстояния между местами кормежки и местами размножения синие киты вполне могут быть значительно крупнее и менее подвижны.
Чтобы вырасти за предел, налагаемый движением, существо могло бы иметь внешнюю структуру тела, которая разветвляется, а не только разветвляется внутри. Это позволило бы большей части его тела находиться на поверхности, доступной для газообмена, питания и движения. Мало того, что для движения будет доступно больше площади, но движение может быть менее важным, поскольку доступ к гораздо большему количеству воды соприкасается с его поверхностью. Питаясь через всю свою поверхность (как трихоплакс ), а не только через рот, ему, возможно, не нужно двигаться очень быстро.
Глубина, на которую существо может спуститься, ограничено давлением, которое оно может выдержать. Точно так же размер существа ограничен давлением, которое оно может выдержать, поскольку более глубокое/высокое существо будет иметь нижнюю часть тела под более высоким давлением, даже когда его верхняя часть тела находится на поверхности.
Даже если внешняя поверхность существа может выдержать давление, его внутренняя работа будет затруднена на определенной глубине. Легкие не могут надуться против огромного давления, даже если остальная часть существа может выдержать это давление. Сердце должно быть сильнее, чтобы поддерживать требуемое очень высокое кровяное давление, и вся система кровообращения будет подвергаться этому давлению, даже в тех частях животного, которые находятся в воде с более низким давлением.
Выйти за пределы этого предела можно было бы за счет бокового роста, что привело бы к широкому неглубокому существу, а не к более глубокому. В качестве альтернативы отсутствие системы кровообращения позволило бы существу расти глубже. Однако для этого потребовалась бы гораздо более разветвленная структура тела с очень небольшим внутренним объемом - большая часть тела находилась бы около кожи. Это все еще можно рассматривать как животное, но на первый взгляд форма начинает больше походить на подвижное растение или гриб. Где-то посередине вы можете найти существ, у которых нет глобальной системы кровообращения, но есть несколько локальных систем кровообращения, каждая из которых ограничена определенным диапазоном давления.
Переход на другую жидкость (например, океан метана) не решает проблему давления. Различные жидкости сжимаемы в разной степени, но даже при очень небольшом сжатии давление все равно увеличивается с глубиной — вы не можете обойти это, заменив жидкость. Менее плотная жидкость будет испытывать более низкое давление на заданной глубине, но в конечном итоге все равно будет глубина, на которой давление слишком велико.
Это не только вода, необходимая для существования существа, но и вода, необходимая для обеспечения его пищей (растительной, животной или микробной). Поскольку глубина ограничена либо давлением, либо общей глубиной воды, количество доступной воды зависит от площади поверхности водоема.
Если источником энергии для экосистемы является солнечный свет, то только объем у поверхности получает энергию. Даже в наиболее эффективном случае, когда нет пищевой цепи и существо получает солнечный свет напрямую (некоторые животные используют фотосинтез ), это ограничивает размер существа до ограниченной глубины. Он может быть того же размера, что и поверхность воды, в которой он живет, но он не может простираться произвольно глубоко с ограниченным запасом энергии.
Просто наличие достаточного количества воды и энергии не позволяет расти. Существу нужно сырье, из которого можно построить свое тело. Независимо от того, поглощаются ли они непосредственно из воды или получаются из пищи, в конечном итоге эти материалы поступают из воды. Океан почти чистой воды с очень небольшим количеством растворенных веществ будет поддерживать очень мало жизни, что ограничивает количество и размер существ. Такой эффект может иметь даже ограниченное использование одного сырья. Например, рост земных океанов в основном ограничивается нехваткой железа. Сырья достаточно для взрывного роста, но это сырье нельзя использовать с такой скоростью, потому что не хватает железа. Сброс источника железа в море приводит к цветению водорослей — резкому увеличению скорости роста.
Поскольку глубина ограничена давлением, пригодный для жизни размер океана ограничен площадью поверхности планеты. Планета данного размера может иметь только ограниченную площадь океана, даже если океан покрывает всю ее поверхность. Простое увеличение планеты помогает только до определенного момента. За пределами определенного размера большая планета не обеспечивает большего объема воды из-за ограничений гравитации.
Чем больше размер планеты, тем выше гравитация на поверхности. Это означает, что давление воды увеличивается быстрее с глубиной. Это не только еще больше ограничивает глубину, на которой существо может находиться, не будучи раздавленным, но даже существо, способное выдержать большое давление, будет ограничено тем фактом, что более высокая гравитация означает более мелкую воду. Чем выше гравитация, тем меньше глубина воды до того, как давление не позволит ей стать жидкой. Знакомый нам лед менее плотный, чем вода, и плавает поверх нее. Подвергая этот лед сильному давлению, он тает. Однако подвергая жидкую воду еще большему давлению, она становится льдом другого типа.что плотнее воды. Существует несколько типов льда высокой плотности, но важным моментом является то, что ниже глубины, необходимой для образования этого льда, не будет жидкой воды. Повышение температуры воды может увеличить глубину, на которой это происходит, но при достаточной силе тяжести все равно будет ледовая граница, ограничивающая глубину, и вы можете лишь настолько повысить температуру, прежде чем просто выпарите поверхностную воду и поражение объекта.
Так что да, существует максимальный размер существа, связанного с океаном, но то, каков этот предел, зависит от того, что вы считаете «существом» и в каких экстремальных условиях оно может выжить.
Нет, если это сидячие животные, привязанные ко дну океана. То, что кажется тысячами таких существ, может быть связано вместе «корневищами», которые позволяют питательным веществам передаваться от одного к другому. Что-то вроде подводной версии этого гриба .
Лиат
мехалинкс