¿Qué tan rápidas deberían ser las mutaciones para la ciencia ficción dura? [cerrado]

La respuesta corta es que la evolución no pudo crear branquias en los humanos. No funciona de esa manera a menos que estemos hablando de millones de años. Sin embargo, si los humanos en Waterworld tuvieran ingeniería genética, es perfectamente razonable creer que podrían crear un humano con branquias en 50 años. La explicación larga está a continuación, junto con una descripción bastante detallada de cómo funciona la evolución.

Creo que uno de los problemas al discutir la evolución es que estamos fusionando dos procesos diferentes.

El primero son las mutaciones. Estos aparecen en las poblaciones en algún momento, lo que podría ser diferente para diferentes especies y para diferentes poblaciones. Una población expuesta a altos niveles de radiación puede tener un alto nivel de mutación. Sin embargo, la mutación es aleatoria. Y muchas de las mutaciones serán perjudiciales, incluso hasta el punto de causar un gran número de embarazos fallidos. (Altas tasas de aborto espontáneo, o de muerte durante o poco después del embarazo, o de huevos inviables en una especie que pone huevos).

Incluso actualmente en humanos, existe una tasa bastante alta de embarazos fallidos. El 15 % de los embarazos conocidos resultan en abortos espontáneos, y probablemente haya incluso más de los que no sepamos porque ocurren antes de que la mujer se dé cuenta de que está embarazada. Muchas veces, estos abortos espontáneos se deben a que el óvulo fertilizado no se desarrolla correctamente y nunca se pasa del blastocisto al feto. En cambio, obtienes basura que el cuerpo de la mujer desecha en un aborto espontáneo.

El segundo proceso es la selección. Las mutaciones que no sean lo suficientemente perjudiciales como para causar la muerte darán lugar a nuevos seres. Pero la última pregunta en términos de evolución es: ¿estos seres se reproducen? ¿Y esos descendientes también se reproducirán? En la selección natural, el ambiente puede determinar si un individuo sobrevive lo suficiente para reproducirse. Algunas mutaciones pueden afectar este proceso. Si una mutación hace que un individuo sea fértil por un período más largo, es posible que tenga más descendencia. De manera similar, si una mutación asegura que el individuo sobreviva más tiempo, eso puede conducir a más descendencia. O si una mutación hace que el individuo sea un padre más atractivo (colas largas y coloridas en los pavos reales, por ejemplo), es más probable que se apareen.

Sin embargo, con los humanos, hay un factor atenuante. Tenemos herramientas que pueden conducir a la supervivencia de seres que de otro modo no podrían sobrevivir. Tomemos el ejemplo de Waterworld : tenemos barcos y los medios para construirlos. Por lo tanto, a corto plazo, no habría ninguna presión de supervivencia para causar que cualquier mutación sea lo suficientemente beneficiosa como para provocar un cambio en la población. Sin embargo, a largo plazo, comenzaríamos a quedarnos sin formas de arreglar los barcos. Es mucho más difícil talar árboles o extraer minerales si no hay tierra seca. En este punto, la supervivencia de aquellos que pueden permanecer fuera de los barcos por más tiempo puede, de hecho, comenzar a afectar a la población.

También hay una cuestión de selección "antinatural" o reproducción selectiva . Podemos ver eso en los perros. Los lobos se ven más o menos iguales en todo el mundo. Pero cuando los humanos comenzaron a domesticar caninos, comenzamos a elegir qué machos criar con qué hembras. Por lo tanto, si queríamos perros particularmente pequeños, cruzamos los machos más pequeños con las hembras más pequeñas, y en cada generación, continuamos el proceso. Eventualmente, terminaremos con perros de juguete, porque estamos seleccionando esa característica. (Una versión fascinante de este proceso se utilizó en el siglo XIX para crear ovejas y vacas con más carne).

Sin embargo, creo que uno de los aspectos más confusos de la evolución es la idea de que podemos desarrollar un órgano completamente nuevo (branquias) de la nada. Lo que hacen las mutaciones es que cambian el modelo de lo que ya está allí. Por ejemplo, podrían permitir una capacidad pulmonar ligeramente superior, lo que permitiría a las personas contener la respiración durante más tiempo. Con el tiempo, si esto es lo suficientemente beneficioso, se extendería y tal vez incluso aumentaría aún más. Pero la evolución es aleatoria. Pero la evolución no puede empezar desde cero. Todo lo que puede suceder es que los planos actuales se puedan ajustar. Así que podemos empezar a jugar con la capacidad pulmonar, pero nuestros genes no pueden crear al azar algo que sea completamente funcional desde cero. Para que un nuevo órgano evolucione, tomaría MUCHO más tiempo que un cambio menor como poder contener la respiración por más tiempo para propagarse.

Lo único que importa en la evolución natural es si existe una mayor probabilidad de producir descendencia a partir de esa mutación. En caso afirmativo, entonces se selecciona la mutación. Si no, se selecciona en contra. Pero la mayoría de las mutaciones no tienen ningún efecto. (Una mutación puede causar, por ejemplo, que aparezcan hoyuelos no solo en las mejillas, sino también en los codos). Esta es una mutación completamente inútil en términos de supervivencia. Pero puede suceder que se transmita simplemente por casualidad. (Nuestra persona con hoyuelos en los codos también podría tener muchos hijos). Esta es la evolución como sucede normalmente. Si una mutación no es dañina, es tan probable que se transmita como que no.

Por eso, en muchas de las razas de animales más extremas, hay otros factores que tienden a transmitirse junto con el rasgo por el que se ha seleccionado. (Por ejemplo, los caballos de pura sangre, que fueron criados para la velocidad, tienden a tener una serie de problemas que incluyen un corazón pequeño y sangrado de los pulmones).

El último factor a considerar es un elemento básico de la ciencia ficción: la ingeniería genética . Aquí es donde tomamos la secuencia de ADN para hacer crecer la característica X y la colocamos en el ADN de la criatura Y. O donde entramos en el ADN de un organismo y cortamos partes que no nos gustan. Esto se está haciendo actualmente en una serie de áreas. El más común es el trabajo que se realiza en cultivos como el tomate o el tabaco. (Simplemente haga una búsqueda de alimentos modificados genéticamente para ver una muestra de la variedad de debates sobre el tema).

Dependiendo de cuándo se supone que tendrá lugar Waterworld , obtendría mi voto para el origen más probable de las branquias del personaje de Kevin Costner. En teoría, eso podría suceder en una generación, aunque es probable que haya una serie de intentos en los que los genes no se expresen correctamente, o no funcionen bien, o causen problemas en algún otro sistema. (Creo que las branquias estaban en su cuello, que ya está repleto de otras cosas, como los vasos sanguíneos que van al cerebro; si las branquias interfirieran con eso, el bebé modificado no sobreviviría).

La evolución es una cosa divertida. No se le puede pedir magia. La verdadera respuesta es que los pulmones humanos probablemente nunca se convertirían en branquias. Después de todo, mira a todos los mamíferos marinos. Ninguno de ellos ha perdido sus pulmones a favor de las branquias. Los pulmones son mejores.

Lo que vería es una mayor capacidad pulmonar y la capacidad de la sangre para transportar más oxígeno. Y este tipo de cambio podría ocurrir muy rápidamente si se selecciona adecuadamente. Sin embargo, habrían sido las personas atadas al mar las que habrían obtenido esta habilidad. No un grupo de personas que tuvieron la suerte de encontrar la única masa de tierra que quedaba en la tierra.

Los cambios como los que describí anteriormente podrían hacer que los humanos se vuelvan acuáticos fácilmente en 500 años. Esto es aproximadamente 25 generaciones. Eso es lo suficientemente largo para manos y pies palmeados con seguridad, y lo suficientemente largo para al menos una capacidad pulmonar duplicada, y probablemente para vasos sanguíneos más anchos y un aumento en la cantidad de sangre, si no un aumento en la capacidad de almacenamiento de esa sangre.

Siempre que estas sean realmente características de supervivencia para humanos. Básicamente, esto requeriría que vivan en el agua todo el tiempo, y probablemente vendrá con muchas otras adaptaciones similares a las de los delfines.

Estoy de acuerdo con @ DampeS8N. Piense en los cetáceos (ballenas, delfines, esas cosas): 50 millones de años de evolución hacia la vida acuática y todavía respiran aire atmosférico usando pulmones normales.

Los cetáceos necesitaban entre 10 y 20 millones de años para ser buenos acuáticos; por supuesto, la velocidad de la evolución es algo muy variable, especialmente considerando solo el fenotipo, pero esta es una aproximación bastante razonable para los humanos acuáticos.

Creo que Ringworld lo entendió bien, en algún lugar alrededor de 250 mil años para algunos cambios moderados, pero nada como branquias durante mucho tiempo, así que...

No creo que tengamos una teoría sólida sobre la especiación de los mamíferos. Me gustaría algunos consejos de personas con más conocimientos en el campo.

En cuanto a la ciencia ficción, me gusta Darwin's Radio y Darwin's Children de Greg Bear, que son realmente ciencia ficción dura sobre la evolución humana y, más específicamente, sobre la especiación. En esos libros la especiación es repentina, siguiendo una teoría del salto evolutivo.

Si crees en la evolución, las branquias no serían un rasgo nuevo sino un rasgo recesivo que resurge debido a una mutación aleatoria o alguna fuerza externa.

Puedo estar equivocado, no soy médico ni genetista, pero creo recordar haber leído que en algún momento del proceso de gestación humana nosotros (los humanos) tenemos branquias que se convierten/evolucionan en pulmones a medida que avanza el embarazo.

También podríamos desviarnos un poco del tema y hablar sobre los humanos que respiran líquido. Estoy seguro de que todos hemos visto el Abismo. En esa película, Ed Harris usa un traje de buceo que usa líquido saturado de oxígeno para permitirle descender a grandes profundidades. No tengo conocimiento de ningún traje disponible comercialmente en este momento, pero no me sorprendería si existieran. Y si bien es posible que no haya trajes de buceo, esta tecnología se prueba con víctimas de quemaduras y bebés prematuros cuyos pulmones aún no pueden procesar el oxígeno de la atmósfera.

Si el crecimiento de las branquias es simplemente algo activado o desactivado por ciertos genes de control, llamados genes hox , podría permitir que las branquias crezcan ya que el feto humano tiene las hendiduras adecuadas para convertirse en branquias en lugar de en un mentón. Aunque podría significar que el ser humano estaba deformado, porque ya no tiene lo que sea que activaría ese gen hox.

Pero es bastante improbable que las branquias vuelvan a evolucionar por evolución divergente, me imagino que sería más probable algún otro mecanismo, considerando que aún no lo han hecho en delfines. Como tal, diría que es una apuesta bastante segura que esto no sucedería.

En resumen, dependiendo de qué característica y qué genes estén involucrados, las mutaciones pueden tener lugar durante un 'puñado de generaciones' o cientos de miles de generaciones.

Recuerdo haber leído un artículo de New Scientist hace algunos años, y era un artículo que discutía cómo los antropólogos y los biólogos pensaban que era probable que los ojos evolucionaran en menos de 100k generaciones, y eso era investigación científica. Una generación son 30 años en la tierra de la ciencia.

Entonces, si usa 300,000 años como métrica, para los ojos, entonces cualquier evolución que fue diseñada para permitir que una especie desarrolle branquias para obtener mejores alimentos y convertirse en mejores cazadores, creo que tomaría más tiempo, ya que las branquias están en su cuello. Como es una ventaja evolutiva independiente y menos compleja que los ojos, pero sigue siendo un nuevo órgano en el cuello, tomaría algo similar, un poco menos, ya que las branquias son mucho menos complejas que los ojos, o un poco más largas porque la gente habría gastado mucho de tiempo en el agua, para que la evolución suceda.

Entonces, usando esa métrica, tomaría entre 250,000 y 500,000 años y no más que eso.

@mbq, con respecto a los 50 millones y los cetáceos que no desarrollan branquias, creo que las razones por las que los cetáceos nunca desarrollaron algún tipo de sistema branquial tienen que ver con la cantidad de oxígeno que necesitan. Necesitan una gran cantidad, incluso un dophin mide más de 10 pies, es mucho más grande que nosotros y está relacionado con el hecho de que son de sangre caliente. Necesitan una gran cantidad de oxígeno, que nunca sería recuperable con las branquias más grandes, del agua de mar, por lo tanto, la respiración en la superficie. No sé si es plausible, pero somos aproximadamente 1/4 del tamaño de un delfín...