Жизнеспособны ли «амбискелеты»?

Повторяющаяся проблема при попытке создать крупных существ — это закон квадрата-куба , поскольку он применяется к масштабированию знакомых животных, особенно тех, у которых есть экзоскелеты: если вы удвоите размер животного, его вес увеличится в восемь раз, но его грузоподъемность увеличится только в четыре раза. а мышечная сила только удваивается. Скелеты членистоногих уже составляют большую часть веса организма, чем скелеты позвоночных.

Самыми крупными членистоногими в истории были Jaekelopterus и Arthropleura , оба длиной около 2,5 м. Но ни один из них не поднялся более чем на несколько десятков сантиметров от земли.

Среди обычных предлагаемых частичных решений — снижение гравитации планеты, увеличение содержания кислорода в атмосфере (что позволило в нашем прошлом обитать гораздо более крупным насекомым) и изменение состава самого скелета. Возможно, к этому списку можно добавить структурное решение, чтобы сделать наземную панцирную (а не панцирную ) мегафауну правдоподобной.

Сработает ли сочетание экзо- и эндоскелетных черт, «амбискелет»? Вот упрощенная схема того, что я предлагаю:

Диаграмма сравнения поперечного сечения эндо-экзо- и предполагаемого амбискелета

«Амби-» от латинского означает оба.

Мышцы и ткани заключены в оболочку, похожую на панцирь, с несущей нагрузкой на костяную структуру вдоль одного края. В этой комбинации «панцирь» должен содержать и защищать только содержимое конечности или сегмента тела, в то время как «кость» несет вес животного. Обе части являются непрерывными, без промежуточных мягких тканей.

С другими вышеупомянутыми частичными решениями или без них, позволит ли это значительно увеличить животных с панцирем?

Чем это отличается от крокодила? Или на самом деле, от человека? Наша кожа (а в брюшной полости и мышечный слой) действительно «содержит и защищает содержимое конечностей или сегментов тела» . И, вдобавок, в человеческом теле есть места, где кости располагаются непосредственно под кожей.
@AlexP Я думаю, что ОП говорит о тонком панцире вместе с внутренними костями. Так что нормальная кожа не подойдет.
Так, как у черепахи, но с еще большим панцирем вместо мягких тканей на лапах, хвосте и голове :)?
Это не полностью сформированный ответ, но обратите внимание на планеры с комбинацией ферм и напряженной обшивки. Я считаю, что термин полумонокок. Эндоскелет очень похож на кожу, используя внутренние структурные компоненты, чтобы выдерживать нагрузки. cfinotebook.net/notebook/aerodynamics-and-performance/…
На мгновение я ожидал, что одна из ссылок будет на мой профиль, а не на википедию XD
Рассмотрим, как выглядит линька. Экзоскелеты с трудом расширяются по мере роста.
Разве нельзя было бы иметь все вдвое или даже втрое? Например, вы можете представить себе организм с двумя тремя шипами. Возможно, только один передает сигнал и два просто поддерживают. Что-то похожее на то, что мы уже имеем на вооружении. В качестве ног можно представить себе четыре кости... Что-то подобное, вероятно, было не удобно и не просто для природы, но, я думаю, вполне можно вообразить и согласуется с законами механики.
Какова ваша настоящая конечная цель? Вы пытаетесь сделать возможными гигантских насекомых или гигантских животных вообще?
@AlexP У людей (а также у крокодилов и большинства других позвоночных) есть внешние кости - они называются «зубами». Разработайте существо, у которого зубы растут по всему телу, а не только во рту, и вот оно.
@DarrelHoffman Зубы - это не кости, они сделаны из совершенно другого вещества и функционируют совершенно по-другому (например, они не предназначены для несущей нагрузки).
@IanKemp Панцирь тоже не совсем кость. Дело в том, что это твердый, жесткий материал, который находится снаружи тела, что может быть «достаточно близко» для вопроса.
@AlexP У крокодилов есть остеодермы, костные пластины внутри дермы, значительно отличающиеся от экзоскелета. Кожа, очевидно, совсем не похожа на экзоскетон.
@user3757614 user3757614 Это отдельная проблема, но если это даст положительный ответ, я могу предложить подход к росту/линьке.
@IanKemp Гигантские насекомоподобные животные; насекомоподобные в том смысле, что у них есть то, что кажется экзоскелетом (а не костяными пластинами, например).
Ваша настоящая проблема заключается в том, как позволить ему расти, его нельзя отделить внутренними компонентами, а внешние компоненты препятствуют росту. панцирь и кость должны быть отдельными материалами.
Я изо всех сил пытаюсь понять ваше различие - экзоскелеты насекомых буквально представляют собой затвердевшую эктодерму (в то время как кости позвоночных - мезодермальные), то есть кожу. Только что перелинявшие насекомые имеют мягкую кожу, которая твердеет. Любая жесткая эктодермальная структура (ногти, чешуя, рога) по развитию и строению является экзоскелетом; вам просто нужно больше, чем большинству позвоночных. Глиптодонты - мое лучшее предположение; не стесняйтесь делать их более блестящими, более насекомоподобными на вид и т. д. И, как уже упоминалось, создание двух постоянно прилегающих друг к другу довольно быстро приводит к проблемам с ростом: пусть они разделятся при линьке.
@Guest Экзоскелеты структурно отличаются от чешуйчатой/покрытой/костной дермы и играют несущую роль, которую не выполняют чешуя/пластины/и т. д. Они похожи по внешнему виду и предлагаемой защите, но на этом все заканчивается.

Ответы (4)

Хотя это хороший вопрос, он не работает, за исключением эстетики, которая может быть вашей точкой зрения.

Экзоскелет предназначен в первую очередь для защиты внутренних органов. Он должен быть достаточно толстым, чтобы обеспечить эту защиту, если он слишком тонкий, он будет хрупким и быстро сломается. Кожу относительно легко восстановить, а ее эластичность в сочетании с прочностью делает ее полезной для нас, но, по сути, тонкий кусок кости, который легко ломается и его труднее восстановить, поскольку ваша кожа означает, что вы легко травмируетесь и вам требуется слишком много времени, чтобы восстановиться. эти раны.

Если вы сделаете экзоскелет толще, вы столкнетесь с проблемой: он должен быть достаточно толстым, чтобы защищать, но достаточно тонким, чтобы ваши кости не разрушились под весом. Мы уже можем расколоть панцирь краба, так что толщины недостаточно. Но если вы увеличили упомянутого краба до нашего размера с приличной толщиной, чтобы защитить его, вы уже столкнулись с проблемой квадратного куба, которую пытались избежать!

Поэтому вместо этого я бы предложил промежуточное решение для вашего промежуточного решения. Вы используете «обычные» кости с кожей снаружи, но делаете кожу похожей на панцирь. Возможно, это больше похоже на роговой слой, как у наших ногтей, или на кожу «бронированных» наземных животных. Это все еще кожа, все еще жесткая, но с более высокой гибкостью, и она просто выглядит как панцирь.

Хотя вы можете просто использовать метод «он использует другую композицию». Многие шаги в создании графена могут быть выполнены биологическими телами, а паутинная нить определенно может быть сделана биологическими телами, поэтому, имея панцирь, сделанный из сплава кожи графена для прочности и легкости, переплетенного с паучьим шелком для прочности и гибкости, вы можете создать панцирную мегафауну.

Для справки: наши кости состоят из эластина, который делает кости гибкими, и кальция, придающего им твердость. Когда мы молоды, наши кости гораздо более эластичны, и кости трудно сломать, побочным эффектом является то, что ваши кости легко сгибаются и не защищают так, как вы хотите, и это не помогает, когда ваши мышцы пытаются генерировать силу от чего-то, что уступает дорогу. Когда мы становимся старше, эластин исчезает из костей, и в основном остается кальций, что приводит к ломкости костей. Таким образом, убедившись, что у вас есть надежное сочетание эластичных свойств и твердости, жизненно важно для хорошей структуры кости или панциря.

Относительно вашего решения «от середины дороги к середине дороги» одно слово: Мозоли.
Кожа из паучьего шелка. Это не то, чего я ожидал от World Building. И я люблю это. Однако будьте осторожны — ваше существо будет уничтожено.
@TheDaleks: Или кератин, кажется, из него состоят все интересные кусочки различных животных.
@Demigan Оправдание эстетики - половина построения мира, не так ли? ;D К вашему сведению: я не уверен, что из этого следует, что сломанный кусок панциря должен восстанавливаться дольше, чем порезанная кожа, или что панцирь не может иметь никакой гибкости - суставы членистоногих все еще покрыты хитином. Насколько я знаю, молодые насекомые могут залечивать трещины, а взрослые восстанавливают повреждения линькой; есть варианты.
@rek небольшая трещина от насекомых имеет гораздо меньшую площадь поверхности, чем небольшая трещина на мегафауне. Глубокая рана на коже может зажить за 2 недели, в то время как небольшие переломы костей (полностью окруженные тканью!) занимают от 6 недель до 6+ месяцев. Это много времени, чтобы ходить с раной. Кроме того, внешний панцирь должен быть настолько тонким, чтобы случайный удар по дереву во время ходьбы мог привести к большим трещинам, потому что он очень хрупкий. Вот почему я думаю, что вы должны сделать это эстетичным или использовать метаматериалы.
@JohnDvorak Я бы не стал делать верхнюю часть кожи из паучьего шелка и никогда не использовал бы чистый паутинный шелк. Скорее, я бы позволил клеткам кожи в нижних отделах кожи тянуть нити паучьего шелка между собой, чтобы создать сетку с этими клетками, встроенными между ними. многие паучьи шелка похожи на кевлар, а некоторые намного лучше, чем кевлар, поэтому у вас будет высокая устойчивость к порезам и уколам, поэтому любому, кто пытается охотиться на этих существ, лучше быть готовым попытаться забить его до смерти или приложить много силы для их резки реализует.
@Demigan Почему внешний панцирь должен быть таким тонким и хрупким? Исцеление немного выходит за рамки, но одной из причин, по которой кости так долго восстанавливаются, является минерализация, которая не начинается в течение нескольких недель после начала процесса заживления. Неминерализованный панцирь не будет следовать этому процессу; хитин – это сахарные волокна, кератин – белок. И панцирь не обязательно должен быть полной защитой от повреждений.
@rek из-за веса. Например, хитин весит примерно 1,4 г/см^2, а нормальная кожа - около 1 г/см^2, что, как я полагаю, имеет основное третье измерение, например, толщину 1 мм. В то же время «нормальная» кость, необходимая для таких крупных существ, как мы, составляет от 2,9 до 3,8 г/см^3 (знаю, трудно сравнивать). Этот дополнительный вес затрудняет создание мегафауны, поэтому просто эстетика — лучшее, что вы можете сделать, если только вы не можете найти правдоподобные метаматериалы и тому подобное для использования. Кожа сама по себе является суперсилой, и я пытался сформулировать вопросы о ней, но она чертовски сложна!
@Demigan Я думаю, что это соответствует сути моего вопроса, предположению, что x% экзоскелета предназначен для защиты мяса внутри, а y% - для поддержки веса животного. Если две роли могут быть разделены (или частично), возможно, защитная часть не должна быть такой толстой, как предполагается, потому что «кость» может утолщаться, чтобы выдержать вес.
А с другой стороны, некоторые из самых крупных наземных животных сегодня имеют невероятно толстую кожу: 2,5 и до 5 см у слонов и носорогов соответственно.

Уже сделано

У черепах панцирь каким-то образом является частью скелета — он сделан из кератина кожи , но ребра срослись с ним.

Один вымерший вид под названием архелон мог иметь длину 460 см (около 15 футов, как мне кажется). Вот фотография его останков с человеком рядом:

Скелет архелона, в который тыкает человек

Ерунда, это нормальные позвоночные, "панцирь" - кость. Эволюционно говоря, панцирь развился из ребер, а не из «кожи», которая в любом случае является искусственным продуктом.
@a_donda ну, это все-таки "амбискелет", нет?
Ну, зависит от того, как определена часть ambi. Черепахи (и глиптодоны) являются позвоночными, они не сочетают панцирь членистоногих со скелетом позвоночных. В построении мира можно вообразить все, но трудно представить, как обмен веществ и схема тела насекомого и млекопитающего могут сойтись воедино. Научно обосновано, я бы выбрал кератин (рог, ногти, волосы) для оболочки. Эти позвоночные умеют делать :-)
@a_donda Я перепроверил, у черепах (в основном) нет кожаных панцирей, они сделаны из кератина.
Панцири черепах состоят из костей. У них может быть ороговевший слой в стиле рептилий, потому что они такие. Это не амбискелет, как это предусмотрено в вопросе, потому что (мне кажется) он пытается объединить костяной внутренний скелет с хитиновым экзоскелетом членистоногих. Этого (насколько мне известно) не существует. Хитин слишком мягкий, чтобы выдерживать большой вес. И я поднимаю палец только потому, что он помечен как «научно обоснованный», иначе, конечно, все пойдет :-)
@TheSquare-CubeLaw Как сросшиеся кости, я не уверен, что панцири черепах можно квалифицировать как панцири членистоногих, и они находятся в дерме, а не в экзоскелете.
Читая описание Архелона, это не кажется хорошим ответом. ОП хочет создать наземную мегафауну, но Архелон был (считается) морским. Даже если он выйдет на сушу, он будет лежать и толкаться вперед, а не стоять прямо. Так что применить его к мегакрабу, например, не получится.
обратите внимание, что конечности черепахи все еще похожи на нормальные конечности позвоночных, кость только внутри. Также есть живая ткань снаружи кости панциря, никакая часть кости не контактирует с внешней стороной.

Амбискелет теоретически сработает. Стыки как внутренних, так и внешних конструкций должны быть выровнены, чтобы обеспечить подвижность. А наличие более твердых и прочных частей определенно повысит защитные способности вашего существа и даст ему больше шансов на существование, несмотря на его большой размер.

Надлежащее место для выхода - Мета. В остальном интересный ответ.

Кажется, что амбискелеты требуют специфических черт, которых нет ни у одного живого существа, но, возможно, они могли быть у некоторых вымерших существ, плакодерм, клады вымерших рыб, у которых почти половина их тела была покрыта костными пластинами, и, насколько я знаю, Мягкая ткань над пластинами была минимальной, что важно для целей «амбискелета», позволяющего создавать больших и массивных членистоногих существ с явно твердым экзоскелетным телом.

Как я уже упоминал, у этих существ было очень мало кожного покрова на костных грудных и черепных пластинах (по крайней мере, только тонкий слой кожи в определенных местах), что легко выдавало бы их жесткий внешний вид. Другое дело, что большинство органов и мышц у них было внутри костных пластин, а не снаружи или над ними.

Другой возможный аргумент в пользу этой «модели» заключается в том, что плакодермы даже под водой могли достигать больших размеров, чем самые большие членистоногие, причем один из самых крупных видов имел умеренные оценки до 6-7 метров в длину, а верхние оценки даже до 10-11 метров.

Таким образом, наличие таких больших размеров является возможным доказательством или решением проблемы, связанной с тем, что размер ограничен тем, что все его органы содержатся в жестком экзоскелете, который, как я видел, обычно упоминается для гигантских членистоногих. По сути, плакодермы могут расти, не ограничиваясь своей броней.

И какая-то удивительная вещь, особая группа плакодерм пошла дальше, развив членистоногие конечности из грудных плавников.

Следующее изображение относится к жанру небольшого размера, но другие могли достигать 2-3 метров в длину.

И часть, которая вносит свой вклад в «амбовую» часть, заключается в том, что плакодермы сохраняли позвоночник внутри своей брони, соединяясь только с их мозговой оболочкой, практически являясь единственной внутренней точкой крепления мышц.

Проблемы, которые следует учитывать

Это были водные существа, поэтому более вероятным случаем является то, что весь дополнительный вес, обеспечиваемый броней, поддерживался водой, что могло вызвать проблемы на суше из-за такого веса. Поэтому было бы необходимо определить, насколько толстым он может быть, прежде чем он достигнет предела, при котором он падает под собственным весом.

Возможные решения для этого — использование странных материалов или развитие какой-либо конструкционной конструкции, способной выдержать вес. Как этот дьявольский жук или экзоскелет креветки-богомола .

И вещи, в которых я действительно не уверен, как они работают, такие как биологический механизм, с помощью которого эти животные могли расти в своих панцирях, не сбрасываясь, как членистоногие, я предположил, что путем наложения слоев костей, растворяющихся в более низких, как они росли.

Что касается механической части, я не знаю, будет ли поверхности, образованной минимальным внутренним скелетом и экзоскелетом, достаточной, чтобы закрепить достаточное количество мышц, чтобы иметь возможность двигаться по суше. Так это, чтобы найти, сколько поверхностных мышц требуется.

Единственное, что мы можем знать, это то, что эта «модель» удовлетворительно работала под водой.

Со своей стороны я бы попытался найти решения или задать вопросы, чтобы решить последние неудобства.