Quão rápidas devem ser as mutações para a ficção científica mais difícil? [fechadas]

A resposta curta é que a evolução não poderia criar brânquias nos seres humanos. Não funciona dessa maneira, a menos que falemos milhões de anos. No entanto, se os humanos em Waterworld tinha engenharia genética, é perfeitamente razoável acreditar que eles poderiam criar um ser humano com brânquias nos anos 50. A longa explicação está abaixo, juntamente com uma descrição bastante detalhada de como a evolução funciona.

Eu acho que uma das questões na discussão da evolução é que estamos confundindo dois processos diferentes.

O primeiro são mutações. Eles surgem em populações de alguma forma - o que pode ser diferente para diferentes espécies e para diferentes populações. Uma população exposta a altos níveis de radiação pode ter um alto nível de mutação. No entanto, a mutação é aleatória. E muitas das mutações serão prejudiciais - a ponto de causar um grande número de gestações fracassadas. (Altas taxas de aborto espontâneo ou de morte durante ou logo após a gravidez - ou de ovos inviáveis ​​em espécies de postura).

Mesmo atualmente em humanos, há realmente uma taxa bastante alta de falhas na gravidez. 15% de gestações conhecidas resultam em aborto espontâneo - e provavelmente há ainda mais que desconhecemos, porque eles acontecem antes que a mulher perceba que está grávida. Muitas vezes, esses abortos ocorrem porque o óvulo fertilizado não se desenvolve adequadamente e você nunca sai da blastocisto para um feto. Em vez disso, você recebe lixo que o corpo da mulher descarta em um aborto.

O segundo processo é a seleção. Mutações que não são prejudiciais o suficiente para causar a morte resultarão em novos seres. Mas a questão final em termos de evolução é: esses seres se reproduzem? E esses filhos também se reproduzirão? Na seleção natural, o ambiente pode determinar se um indivíduo sobrevive o tempo suficiente para se reproduzir. Algumas mutações podem afetar esse processo. Se uma mutação torna um indivíduo fértil por um período mais longo, ele pode ter mais filhos. Da mesma forma, se uma mutação garantir que o indivíduo sobreviva por mais tempo, isso pode levar a mais descendentes. Ou se uma mutação torna o indivíduo um pai mais atraente (caudas longas e coloridas em pavões, por exemplo), é mais provável que acasalem.

No entanto, com os seres humanos, há um fator atenuante. Temos ferramentas, que podem levar à sobrevivência de seres que de outra forma não poderiam sobreviver. Levar a Waterworld exemplo: temos barcos e os meios para construí-los. Portanto, a curto prazo, não haveria pressão de sobrevivência para causar qualquer mutação que seja benéfica o suficiente para causar uma mudança na população. A longo prazo, no entanto, começaríamos a ficar sem meios de consertar os barcos. É muito mais difícil cortar árvores ou minar minas se não houver terra seca. Nesse ponto, a sobrevivência daqueles que podem ficar fora dos barcos por mais tempo pode de fato começar a afetar a população.

Há também uma questão de seleção "não natural" ou reprodução selecionada. Podemos ver isso em cães. Os lobos têm a mesma aparência em todo o mundo. Mas quando os humanos começaram a domesticar caninos, começamos a escolher quais machos procriar com quais fêmeas. Portanto, se queríamos cães particularmente pequenos, criamos os machos menores para as fêmeas menores e, em cada geração, continuamos o processo. Eventualmente, acabaremos com cachorros de brinquedo, porque estamos selecionando esse recurso. (UMA versão fascinante desse processo foi usado nos 1800s para criar ovelhas e gado com mais carne.)

Eu acho que um dos aspectos mais confusos da evolução, no entanto, é a ideia de que podemos desenvolver um órgão completamente novo (brânquias) do nada. O que as mutações fazem é que elas mudem o plano para o que já está lá. Por exemplo, eles podem permitir uma capacidade pulmonar um pouco maior, o que permitiria às pessoas prenderem a respiração por mais tempo. Com o tempo, se isso for benéfico o suficiente, ele se espalhará e talvez até aumentará ainda mais. Mas a evolução é aleatória. Mas a evolução não pode começar do zero. Tudo o que pode acontecer é que os projetos atuais possam ser ajustados. Então, podemos começar a brincar com a capacidade pulmonar, mas nossos genes não podem criar aleatoriamente algo totalmente funcional desde o início. Para um novo órgão evoluir, levaria muito mais tempo do que uma pequena mudança, como poder prender a respiração por mais tempo.

A única coisa que importa na evolução natural é se existe uma probabilidade maior de produzir filhos dessa mutação. Se sim, então a mutação está selecionada para. Se não, está selecionado contra. Mas a maioria das mutações não tem efeito. (Uma mutação pode causar, por exemplo, covinhas não apenas nas bochechas, mas também nos cotovelos.) Essa é uma mutação completamente inútil em termos de sobrevivência. Mas pode ser transmitido simplesmente por acaso. (Nossa pessoa com covinhas no cotovelo também pode ter muitos filhos.) Isso é evolução, como normalmente acontece. Se uma mutação não é prejudicial, é tão provável que seja transmitida como não.

É por isso que em muitas das raças de animais mais extremas, há outros fatores que tendem a ser repassados ​​junto com a característica que foi selecionada. (Por exemplo, Puro sangue os cavalos, criados para a velocidade, tendem a ter vários problemas, incluindo tamanho pequeno do coração e sangramento dos pulmões.)

O último fator a considerar é um grampo da ficção científica - engenharia genética. É aqui que pegamos a sequência de DNA para aumentar a característica X e a colocamos no DNA da criatura Y. Ou onde entramos no DNA de um organismo e cortamos pedaços de que não gostamos. Atualmente, isso está sendo feito em várias áreas. O mais comum é o trabalho realizado em culturas como tomate ou tabaco. (Basta fazer uma busca por alimentos geneticamente modificados para ver uma amostra do leque de discussões sobre o assunto.)

Dependendo de quando Waterworld deveria acontecer, isso daria meu voto para a origem mais provável das brânquias do personagem de Kevin Costner. Teoricamente, isso poderia acontecer em uma geração, embora provavelmente haja várias tentativas em que os genes não sejam expressos adequadamente, ou não funcionem corretamente ou causem problemas para outro sistema. (Acredito que as brânquias estavam em seu pescoço, que já estão repletas de outras coisas, como os vasos sanguíneos que levam ao cérebro - se as brânquias interferissem com elas, o bebê modificado não sobreviveria.)

A evolução é uma coisa engraçada. Você não pode pedir mágica. A resposta real é que os pulmões humanos provavelmente nunca se transformarão em brânquias. Afinal, observe todos os mamíferos marinhos. Nenhum deles perdeu os pulmões em favor das brânquias. Os pulmões são melhores.

O que você veria é o aumento da capacidade pulmonar e a capacidade do sangue de transportar mais oxigênio. E esse tipo de mudança pode ocorrer muito rapidamente se for selecionado corretamente. No entanto, teria sido o pessoal do mar que teria adquirido essa habilidade. Não é um grupo de pessoas que tiveram a sorte de encontrar a massa de terra restante na terra.

Mudanças como eu descrevi acima podem facilmente tornar os seres humanos aquáticos nos anos 500. São aproximadamente as gerações 25. Isso é longo o suficiente para pés e mãos palmados, com certeza, e longo o suficiente para pelo menos uma capacidade pulmonar dobrada e, provavelmente, para vasos sanguíneos mais amplos e um aumento na quantidade de sangue, se não um aumento na capacidade de armazenamento desse sangue.

Desde que sejam realmente recursos de sobrevivência para humanos. Basicamente, isso exigiria que eles vivessem na água em tempo integral, e provavelmente viria com muitos outros golfinhos, como adaptações.

Acho que a Ringworld acertou em algo, em torno de 250 mil anos para algumas mudanças moderadas, mas nada como brânquias por um longo tempo, então ...

Eu concordo com @DampeS8N. Pense em cetáceos (baleias, golfinhos, outras coisas) - 50 milhões de anos de evolução em direção à vida aquática e eles ainda respiram ar atmosférico usando pulmões normais.

Os cetáceos precisavam que o 10-20 My fosse um bom equipamento aquático; é claro que a velocidade da evolução é uma coisa muito variada, especialmente observando apenas o fenótipo, mas essa é uma aproximação bastante razoável para seres humanos aquáticos.

Não acho que tenhamos uma sólida teoria da especiação de mamíferos. Eu gostaria de algumas dicas de pessoas com mais conhecimento no campo.

Quanto à ficção científica, eu gosto do livro de Greg Bear Rádio de Darwin e Os filhos de Darwin que são realmente ficção científica sobre a evolução humana e, mais especificamente, sobre especiação. Nesses livros, a especiação é repentina, seguindo uma teoria evolutiva do salto.

Se você acredita na evolução, as brânquias não seriam uma característica nova, mas uma característica recessiva que ressurge devido a mutações aleatórias ou alguma força externa.

Posso estar enganado, não sou médico ou geneticista, mas acredito que lembro de ler que, em algum momento do processo de gestação humana, nós (humanos) de fato temos brânquias que convertem / evoluem para os pulmões à medida que a gravidez avança.

Também poderíamos falar um pouco sobre o assunto e discutir o líquido respiratório dos seres humanos. Tenho certeza de que todos nós vimos o Abismo. Nesse filme, Ed Harris veste um traje de mergulho que usa líquido saturado de oxigênio para permitir que ele desça a grandes profundidades. Não tenho conhecimento de nenhum processo comercial disponível no momento, mas não ficaria surpreso se eles existirem. E, embora possa não haver roupas de mergulho, essa tecnologia é testada com vítimas de queimaduras e bebês prematuros cujos pulmões ainda não são capazes de processar oxigênio da atmosfera.

Se o crescimento de brânquias é apenas algo ativado ou desativado por certos genes de controle, chamados genes hox, pode permitir que as brânquias cresçam à medida que o feto humano tem as fendas certas para se transformar em brânquias, e não no queixo. Embora isso possa significar que o humano foi deformado, porque eles não têm mais o que o gene hox ligaria.

Mas é bastante improvável que as brânquias voltem a evoluir por uma evolução divergente, algum outro mecanismo seria mais provável que eu imaginasse, considerando que elas ainda não têm golfinhos. Como tal, eu diria que é uma aposta bastante segura que isso não aconteceria.

Então, resumindo, dependendo que característica e quais genes estão envolvidas mutações podem ocorrer ao longo de um "punhado de gerações" ou centenas de milhares de gerações!

Lembro-me de ler um artigo da New Scientist há alguns anos atrás, e era um artigo que discutia como os antropólogos e biólogos pensavam que era provável que os olhos evoluíssem sob as gerações 100k, e isso fosse pesquisa científica. Uma geração é o ano 30 em áreas científicas.

Então, se você usar os anos 300,000 como métrica, para os olhos, qualquer evolução que seja projetada para permitir que uma espécie cresça brânquias para obter melhor comida e se tornarem melhores caçadores, acho que levaria mais tempo, já que brânquias estão no seu pescoço. Como é uma vantagem evolutiva autônoma e menos complexa que os olhos, mas ainda é um novo órgão no pescoço, seria necessário um pouco semelhante, pois as brânquias são muito menos complexas que os olhos ou um pouco mais porque as pessoas gastariam muito. de tempo na água, para fazer a evolução acontecer.

Portanto, usando essa métrica, levaria algum tempo entre os anos 250,000 e os anos 500,000, e não mais do que isso.

@mbq, no que diz respeito aos milhões de 50 e aos cetáceos que não cultivam brânquias, acho que os motivos pelos quais os cetáceos nunca desenvolveram algum tipo de sistema branquial estão relacionados com a quantidade de oxigênio necessária. Eles precisam de grande quantidade, até mesmo um dophin tem os pés 10 +, imensamente maiores que nós, e estão relacionados ao fato de terem sangue quente. Eles precisam de uma grande quantidade de oxigênio, que nunca seria recuperável com as maiores brânquias, da água do mar, daí a respiração superficial. Não sei se é plausível, mas temos o tamanho de um golfinho 1 / 4 ...