Насколько быстрыми должны быть мутации для научной фантастики? [закрыто]

Короткий ответ заключается в том, что эволюция не смогла создать у людей жабры. Это не работает, если только мы не говорим о миллионах лет. Однако, если у людей в Водном мире была генная инженерия, вполне разумно полагать, что они могли бы создать человека с жабрами за 50 лет. Длинное объяснение приведено ниже вместе с довольно подробным описанием того, как работает эволюция.

Я думаю, что одна из проблем при обсуждении эволюции заключается в том, что мы смешиваем два разных процесса.

Первый — мутации. Они появляются в популяциях с определенной скоростью, которая может быть разной для разных видов и разных популяций. Население, подвергающееся воздействию высоких уровней радиации, может иметь высокий уровень мутаций. Однако мутация случайна. И многие из мутаций будут вредными — вплоть до того, что станут причиной большого количества неудачных беременностей. (Высокий уровень выкидышей или смертей во время или вскоре после беременности или нежизнеспособных яйцеклеток у видов, откладывающих яйца.)

Даже в настоящее время у людей наблюдается довольно высокий уровень неудачных беременностей. 15% известных беременностей заканчиваются выкидышем — и, вероятно, есть еще больше, о которых мы не знаем, потому что они происходят еще до того, как женщина осознает, что беременна. Часто эти выкидыши происходят из-за того, что оплодотворенная яйцеклетка не развивается должным образом, и вы никогда не переходите от бластоцисты к плоду. Вместо этого вы получаете барахло, от которого организм женщины избавляется при выкидыше.

Второй процесс – отбор. Мутации, которые не настолько пагубны, чтобы вызвать смерть, приведут к появлению новых существ. Но главный вопрос с точки зрения эволюции: размножаются ли эти существа? И будет ли потомство размножаться? При естественном отборе окружающая среда может определить, проживет ли особь достаточно долго, чтобы размножаться. Некоторые мутации могут повлиять на этот процесс. Если мутация делает человека фертильным в течение более длительного периода, у него может быть больше потомства. Точно так же, если мутация гарантирует, что особь выживет дольше, это может привести к большему потомству. Или, если мутация делает особь более привлекательным родителем (например, длинные и красочные хвосты у павлинов), у них больше шансов спариться.

Однако в случае с людьми есть смягчающий фактор. У нас есть инструменты, которые могут привести к выживанию существ, которые в противном случае могли бы не выжить. Возьмем пример Waterworld : у нас есть лодки и средства для их постройки. Следовательно, в краткосрочной перспективе не будет никакого давления на выживание, чтобы сделать любую мутацию достаточно полезной, чтобы вызвать изменение популяции. Однако в долгосрочной перспективе у нас закончатся способы починить лодки. Гораздо труднее рубить деревья или добывать руду, если нет суши. В этот момент выживание тех, кто может дольше оставаться вне лодок, может фактически начать сказываться на населении.

Есть также вопрос о «неестественном» отборе или селекционном разведении . Мы можем видеть это у собак. Волки во всем мире выглядят почти одинаково. Но когда люди начали приручать собак, мы начали выбирать, каких самцов с какими самками скрещивать. Поэтому, если нам нужны особенно маленькие собаки, мы скрещиваем самых маленьких самцов с самыми маленькими самками, и в каждом поколении продолжаем этот процесс. В конце концов, мы получим игрушечных собак, потому что мы выбираем эту функцию. ( Увлекательная версия этого процесса использовалась в 1800-х годах для получения овец и крупного рогатого скота с большим количеством мяса.)

Однако я думаю, что одним из самых запутанных аспектов эволюции является идея о том, что мы можем развить совершенно новый орган (жабры) из ниоткуда. Что делают мутации, так это то, что они изменяют план того, что уже существует. Например, они могут обеспечить немного большую емкость легких, что позволит людям дольше задерживать дыхание. Со временем, если это будет достаточно полезно, оно распространится и, возможно, даже увеличится еще больше. Но эволюция случайна. Но эволюция не может начаться с нуля. Все, что может случиться, это то, что текущие чертежи могут быть скорректированы. Таким образом, мы можем начать играть с объемом легких, но наши гены не могут случайным образом создать что-то полностью функциональное прямо с нуля. Для развития нового органа потребуется ГОРАЗДО больше времени, чем для незначительного изменения, такого как способность дольше задерживать дыхание для распространения.

Единственное, что имеет значение в естественной эволюции, — это большая вероятность появления потомства в результате этой мутации. Если да, то выбрана мутация. Если нет, он выбран против. Но большинство мутаций не имеют никакого эффекта. (В результате мутации могут появиться, например, ямочки не только на щеках, но и на локтях.) Это совершенно бесполезная мутация с точки зрения выживания. Но может случиться так, что он будет передан просто случайно. (У нашего человека с ямочкой на локте также может оказаться много детей.) Это эволюция, как это обычно и происходит. Если мутация не опасна, она с такой же вероятностью будет передана, как и нет.

Вот почему у многих наиболее экстремальных пород животных есть другие факторы, которые, как правило, передаются по наследству вместе с чертой, на которую был произведен отбор. (Например, чистокровные лошади, которые были выведены для скорости, как правило, имеют ряд проблем, включая малый размер сердца и кровотечение из легких.)

Последний фактор, который следует принять во внимание, — это один из основных элементов научной фантастики — генная инженерия . Здесь мы берем последовательность ДНК, чтобы вырастить признак X, и поместить его в ДНК существа Y. Или когда мы вникаем в ДНК организма и вырезаем кусочки, которые нам не нравятся. В настоящее время это делается в ряде областей. Чаще всего это работа на таких культурах, как помидоры или табак. (Просто выполните поиск по генетически модифицированным продуктам питания, чтобы увидеть выборку различных дискуссий по этой теме.)

В зависимости от того, когда должен произойти « Водный мир », я проголосую за наиболее вероятное происхождение жабр персонажа Кевина Костнера. Теоретически это может произойти в одном поколении, хотя, скорее всего, будет несколько попыток, когда гены не будут экспрессироваться должным образом, или они не будут работать правильно, или вызовут проблемы для какой-то другой системы. (Я полагаю, что жабры были в его шее, которая уже битком набита другими вещами, такими как кровеносные сосуды, ведущие к мозгу — если бы жабры мешали им, модифицированный ребенок не выжил бы.)

Эволюция - забавная штука. Вы не можете требовать от него магии. Реальный ответ заключается в том, что человеческие легкие, вероятно, никогда не превратятся в жабры. В конце концов, посмотрите на каждое морское млекопитающее. Ни один из них не лишился легких в пользу жабр. Легкие лучше.

Вы увидите увеличение объема легких и способность крови переносить больше кислорода. И такого рода изменения могут произойти очень быстро, если их правильно выбрать. Тем не менее, именно морские жители могли бы получить эту способность. Не группа людей, которым посчастливилось найти единственный оставшийся на земле массив суши.

Изменения, подобные описанным выше, могут легко сделать людей водными через 500 лет. Это примерно 25 поколений. Этого точно достаточно для перепончатых ступней и рук, и достаточно, по крайней мере, для удвоения объема легких и, возможно, для расширения кровеносных сосудов и увеличения количества крови, если не увеличения вместимости этой крови.

При условии, что это действительно особенности выживания для человека. Это в основном потребует, чтобы они жили в воде все время, и это, вероятно, будет сопровождаться множеством других приспособлений, подобных дельфинам.

Я согласен с @DampeS8N. Подумайте о китообразных (киты, дельфины и прочее) — 50 миллионов лет эволюции в направлении водной жизни, и они все еще дышат атмосферным воздухом, используя нормальные легкие.

Китообразным требовалось около 10-20 млн лет, чтобы стать довольно хорошим водным животным; конечно, скорость эволюции - очень изменчивая вещь, особенно если смотреть только на фенотип, но это вполне разумное приближение для водных людей.

Я думаю, Кольцу все верно, где-то около 250 тысяч лет для некоторых умеренных изменений, но ничего похожего на жабры на долгое время, так что...

Я не думаю, что у нас есть твердая теория видообразования млекопитающих. Я хотел бы получить несколько советов от людей, более осведомленных в этой области.

Что касается научной фантастики, мне нравятся «Радио Дарвина» Грега Беара и «Дети Дарвина», которые действительно представляют собой сложную научную фантастику об эволюции человека и, в частности, видообразовании. В этих книгах видообразование происходит внезапно, в соответствии с теорией эволюционного скачка.

Если вы верите в эволюцию, то жабры будут не новым признаком, а рецессивным признаком, который вновь появляется из-за случайной мутации или какой-то внешней силы.

Я могу ошибаться, я не врач и не генетик, но я помню, как читал, что в какой-то момент процесса беременности у нас (людей) действительно есть жабры, которые превращаются/развиваются в легкие по мере развития беременности.

Мы также могли бы немного отойти от темы и обсудить жидкость, дышащую людьми. Я уверен, что все мы видели Бездну. В этом фильме Эд Харрис носит гидрокостюм, в котором используется насыщенная кислородом жидкость, позволяющая ему погружаться на большие глубины. Я не знаю о каких-либо коммерчески доступных костюмах в настоящее время, но я не удивлюсь, если они существуют. И хотя гидрокостюмов может и не быть, эта технология тестируется на пострадавших от ожогов и на недоношенных детях, чьи легкие еще не способны перерабатывать кислород из атмосферы.

Если рост жабр просто включается или выключается определенными контрольными генами, называемыми hox-генами , это может позволить расти жабрам, поскольку человеческий плод имеет правильные расщелины, чтобы развиться в жабры, а не в подбородок. Хотя это может означать, что человек был деформирован, потому что у него больше нет того, что включал бы этот ген hox.

Но маловероятно, что жабры могли бы повторно развиться в результате дивергентной эволюции, более вероятно, что какой-то другой механизм мог бы возникнуть, учитывая, что у дельфинов их еще нет. Таким образом, я бы сказал, что это довольно безопасная ставка, что этого не произойдет.

Короче говоря, в зависимости от того, какие характеристики и какие гены задействованы, мутации могут происходить в течение «горстки поколений» или сотен тысяч поколений!

Я помню, как читал статью в New Scientist несколько лет назад, и это была статья, в которой обсуждалось, как антропологи и биологи считали, что глаза, вероятно, развились менее чем за 100 000 поколений, и это было научное исследование. Поколение — это 30 лет на земле науки.

Итак, если вы используете 300 000 лет в качестве метрики для глаз, то любая эволюция, которая была разработана для того, чтобы позволить виду вырастить жабры, чтобы получить лучшую пищу и стать лучшими охотниками, я думаю, займет больше времени, поскольку жабры у вас на шее. Поскольку это самостоятельное эволюционное преимущество и менее сложное, чем глаза, но все же новый орган на шее, ему потребовалось бы либо аналогичное, немного меньшее, так как жабры гораздо менее сложные, чем глаза, либо немного более длинное, потому что люди потратили бы много времени. времени в воде, чтобы эволюция произошла.

Таким образом, используя эту метрику, это займет от 250 000 до 500 000 лет и не более того.

@mbq, что касается 50 миллионов китообразных, у которых не растут жабры, я думаю, что причины, по которым китообразные никогда не развили какую-либо жаберную систему, связаны с тем количеством кислорода, которое тогда необходимо. Им нужно огромное количество, даже дофины ростом более 10 футов, намного больше нас, и это связано с тем, что они теплокровные. Им нужно огромное количество кислорода, которое невозможно получить с помощью самых больших жабр, из морской воды, следовательно, для поверхностного дыхания. Я не знаю, правдоподобно ли это, но мы примерно 1/4 размера дельфина....