¿Qué mejoras en el cuerpo humano le permitirán resistir presiones críticamente bajas o altas?

Adaptarse a (y poder trabajar libremente), en lugar de soportar; Creo que hay que reescribir la biología desde cero usando los únicos materiales conocidos que en su mayoría son fluidos estables en el vacío, que usamos como lubricantes para satélites. Estos son perfluoropolialquiléteres (o equivalentes). En realidad, existe toda una familia de materiales con propiedades similares. En mi opinión, algún material como este debería ser su medio en el que ocurre la biología.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940024896.pdf

Somos en su mayoría criaturas líquidas (~70%), y la forma en que interactúan nuestras células y la microflora y la fauna se basa en esto.

También deberás prescindir de la respiración, lo que podría ser posible si comes alimentos que contienen todo lo que necesitas (ricos en uranio enriquecido) o se pueden combinar con luz electromagnética para producir todo lo esencial. Podría eliminar el material de desecho de la misma manera que excretamos, pero tendría que ser un sistema que también atrape los subproductos de la respiración.

Sin embargo, para presiones altas, el agua es un material bastante bueno para estar hecho principalmente. Los tiburones han sido etiquetados buceando a profundidades de hasta 1.200 metros (3.937 pies$1 \over 20$pies por atmósfera ~ 196,8 atmósferas), que es más del doble de las 90 atmósferas en la superficie de Venus.

Deberá adaptar una forma de respiración que funcione a una presión tan alta (los tiburones filtran el oxígeno del agua con branquias).

Sería imposible alterar a un ser humano de una manera que pudiera sobrevivir tanto a una presión increíblemente alta como a una baja. Hay muchos procesos que tendrían que existir para proteger en un estado, que funcionarían en su contra en el otro. Es como tomar un submarino hecho para mantener fuera la presión del agua y usarlo en el espacio.

Sin embargo, podría ser posible adaptar a un humano para que exista en uno, en cualquiera de esos casos. (Aunque la transición entre entrar o salir de esos estados puede ser un problema)

La alta presión no es realmente un gran problema en sí misma. Solo necesita igualar la presión con el entorno. Las razones por las que solemos hablar de problemas con alta presión es porque necesitamos hacer la transición de normal a alta y viceversa, dentro de un tiempo razonable (solo tenemos una cantidad limitada de aire, antes de que necesitemos volver a la superficie). Los animales que viven en el fondo del mar hoy en día no tienen problemas para usar la misma física y química que usamos en la superficie, siempre y cuando se mantengan a su nivel.

A niveles de presión lo suficientemente altos, podemos toparnos con gases que se convierten en líquidos, lo que por supuesto requerirá cambios en el cuerpo para manejarlos (los pulmones no pueden respirar oxígeno líquido, pero podrían cambiarse para hacerlo) Todo depende de el entorno.

La baja presión es un poco más problemática, principalmente debido a la sublimación (los líquidos y los sólidos se convierten en gases poco a poco, por lo que se disuelve lentamente)

En primer lugar, necesitaría adaptar la piel para que actúe más como un traje de neopreno, eso es 2-3 tallas menos. Eso creará una presión artificial dentro del cuerpo, funcionando bastante bien. La piel aún se sublimará, pero puede volver a crecer desde el interior (piense en una ostra en ácido, que vuelve a crecer su caparazón más rápido de lo que se disuelve).

En segundo lugar están los ojos, aquí necesitarías algo como lo que tienen algunas serpientes ( https://en.wikipedia.org/wiki/Brille ) que contendrá la presión necesaria y protegerá los ojos (sin conductos lagrimales ni llanto, por supuesto)

Finalmente, necesitamos pulmones (aquí estamos hablando de un entorno de baja presión, con los gases necesarios para vivir (oxígeno para los humanos) pero mucho menos. Los pulmones en sí no pueden recubrirse como la piel, ya que eso evitaría la absorción. de oxígeno. Sin embargo, un sistema escalonado, donde se inhala una gran cantidad de gas y luego se comprime a través de una serie de válvulas antes de finalmente terminar en los pulmones. Crearía un nivel normal en los pulmones mismos, lo que les permitiría absorber oxígeno. La válvula de salida luego drenará lentamente cualquier exceso a través de una salida separada, a una velocidad igual a la entrada.

Por supuesto, para un entorno completamente sin presión, tendría que cambiar completamente la producción de energía. Almacenar suficiente oxígeno durante un tiempo prolongado simplemente no es viable en un ser humano. (Una nota al margen aquí, ya tenemos respiración anaeróbica, aunque produce ácido láctico. Si tuviera que alterar a su humano para darle una forma de lidiar con eso de manera efectiva, no debería ser necesario respirar en absoluto :))

No creo que los cambios sean incompatibles.

Tal como está, no hemos encontrado ningún indicio de una presión que sea demasiado alta para los humanos, aunque existen límites por otras razones. Somos vulnerables a los cambios de presión demasiado rápidos, esto probablemente sea bastante difícil de solucionar, ya que será básicamente imposible evitar que los gases se disuelvan bajo presión. Sin embargo, no especificó la necesidad de una adaptación rápida, por lo que esto no es un sensacional. El límite real de lo que un ser humano puede sobrevivir se basa en la respiración: a una presión suficiente, todos los gases ensucian demasiado el cerebro. Ahí es donde buscaría un cambio: qué se puede hacer para proteger el cerebro y el sistema nervioso de la narcosis por nitrógeno. (Lo llamamos así porque es el primero que encontramos, pero cada gas que respiramos causa problemas si la presión es lo suficientemente alta).

En el extremo inferior, el punto en el que la temperatura corporal sube por encima del punto de ebullición será terriblemente difícil de superar. Sin embargo, es posible que pueda vivir un corto tiempo fuera de eso:

Modificar nuestro sistema de transporte de oxígeno para que el cuerpo pueda almacenar un suministro mucho mayor de oxígeno y dióxido de carbono; tenga en cuenta que no estoyhablando de pulmones más grandes, pero almacenados en forma unida. Modifique la garganta para poder apretar con fuerza las vías respiratorias, así como los esfínteres urinario y anal, y agregue otro alrededor de la vagina. Agregue un montón de fibras fuertes a la piel para tratar la hinchazón. (Tenga en cuenta que el vacío sobre la piel desnuda se seca pero no es dañino aparte de la hinchazón. He visto propuestas de trajes espaciales que dejan los brazos y las piernas en el vacío, protegidos solo por una capa de compresión. Esto probablemente no sea adecuado para el uso de EVA { sin calefacción, enfriamiento solo por sudor, no le irá bien contra los micrometeoritos} pero la facilidad de uso podría ser de gran ayuda en un entorno protegido, digamos dentro de algún tipo de estructura que esté en el vacío).

El aire sale de los pulmones y luego el cuerpo se contrae, los esfínteres son lo suficientemente fuertes como para tener una fuga mínima a la presión de vapor del agua a la temperatura corporal. No veo forma de proteger los ojos por completo, perderán movilidad pero aún puedes girar la cabeza, incómodo pero no imposible. Obviamente, debe volver a la presión antes de que se agote el oxígeno almacenado o que el CO2 almacenado se acumule demasiado.

No veo nada acerca de estos cambios que sean incompatibles entre sí, por lo que su humano diseñado debería poder soportar tanto la presión alta como la baja.

(Solo una respuesta parcial)

Se necesita un gran cambio para atornillar con presión líquida dentro del cuerpo. La lucha básicamente viene con el gas a presión.

Los grandes mamíferos acuáticos buceadores tienen pulmones compartimentados donde la mitad puede colapsar por completo alrededor de sus vasos sanguíneos como un medio para limitar el gas liberado en el torrente sanguíneo.

Espero haberlo hecho bien, o al menos haberte enviado en la dirección correcta.

Cuando se trata de cambios biológicos, es difícil decir qué califica como un cambio grande o pequeño. Todo está en un equilibrio tan complicado. Sin embargo, podemos hablar de acercamientos mecánicos a estos entornos. Estos deberían ser aplicables en la exploración del mundo biológico.

En ambos casos, la cuestión clave es la presión respiratoria. Nuestros pulmones necesitan mantener una presión parcial de oxígeno suficientemente alta o fallaremos en oxigenar la sangre. En el caso extremo de alguien expuesto repentinamente al vacío puro, tenemos unos 15 segundos antes de perder el conocimiento. Esto se debe a que la sangre que fluye en los pulmones en realidad es despojada del oxígeno que le queda por el vacío. 15 segundos después, esa sangre completamente desoxigenada llega al cerebro y estamos fuera.

Todas las soluciones que conozco implican aumentar la presión parcial de oxígeno lo suficiente. Podrías evolucionar para necesitar menos presión, como las adaptaciones biológicas que tienen los sherpas. Pero acercarse a las presiones de vacío seguramente requerirá oxígeno presurizado. Asumiremos que tienes uno.

Por supuesto, todavía tienes que preocuparte por la idea de que el agua se evapore de tu piel, ¿verdad? En realidad, resulta que ese no es un problema tan grande como podríamos pensar. Hay límites termodinámicos muy reales que evitan que toda el agua se evapore rápidamente, convirtiéndote en un carámbano. Esto es fundamental para el traje biológico., una de las muchas tecnologías en desarrollo que buscan revolucionar el traje espacial. El exterior del traje es en realidad poroso. La piel humana puede soportar el vacío puro en la escala milimétrica sin ningún problema. Solo cuando llega a áreas más grandes sin protección, tiene problemas con los líquidos que se acumulan debajo de la piel. Su traje en realidad expone la piel al vacío puro, cubierta con capas de material que manejan las grandes presiones sin problemas. De hecho, esto se considera una ventaja. La evaporación es una excelente manera de enfriar el cuerpo. Lo llamamos sudor, y lo hemos estado haciendo durante millones de años. La piel expuesta en realidad funciona de la misma manera, permitiendo que la propia regulación basada en el sudor de nuestro cuerpo maneje los equilibrios de temperatura que requieren un equipo sustancial en los trajes modernos de EVA.

Ir al otro lado es mucho más difícil. Si bien un vacío puro nunca "tirará" de usted con más fuerza que 1 atmósfera más de lo que está acostumbrado, no hay límite para las altas presiones que pueden alcanzar.

Una vez más, la clave está en respirar. Los buzos modernos confían en los aparatos SCUBA, que liberan gases a aproximadamente la misma presión en el agua que nos rodea. La respiración crea una diferencia de aproximadamente 1/10 de atmósfera como máximo, por lo que mientras los gases permanezcan dentro de 1/10 de atmósfera del agua que te rodea, puedes respirar. (prácticamente, usamos reguladores que se acercan mucho más a 1/10 para mayor comodidad).

El problema mortal en el que todavía estamos trabajando son las mezclas de gases. Las cosas extrañas se vuelven tóxicas a altas presiones. A presiones parciales de oxígeno suficientemente altas, el propio oxígeno se vuelve tóxico. (Como buceador recreativo, me enseñaron que 1,4 atmósferas de oxígeno es el umbral, aunque el umbral real es casi seguro más alto). Los buzos profundos a menudo reducen la fracción de oxígeno en los gases que respiran a medida que profundizan para evitar esto. Se reemplaza con otros gases. El nitrógeno es común porque es muy barato. Sin embargo, en inmersiones profundas hay un efecto llamado narcosis de nitrógeno que deja a uno con una sensación de ebriedad y sueño. Estos son malos efectos para sentir, que pueden conducir a errores que lo dejan a uno muerto. La profundidad (y por lo tanto la presión) donde esto tiene efecto varía de individuo a individuo,

La solución típica es utilizar helio para rellenar los huecos. Para inmersiones profundas, el heliox es una mezcla de gases común que contiene helio y oxígeno en las concentraciones correctas para esa profundidad. Esto funciona muy bien hasta inmersiones tremendamente profundas, del orden de 150 m (¡15 atmósferas!), donde el helio comienza a tener efectos negativos en el sistema nervioso central, un efecto llamado síndrome nervioso de alta presión (HPNS). Estos efectos se vuelven significativos alrededor de los 300m. Existen algunas mezclas, como Tri-mix, para resolver esto. Agregar otros gases parece mitigar el efecto de HPNS, por lo que trimix agrega un poco de nitrógeno a la mezcla.

Hay una profundidad en la que el cuerpo simplemente no está destinado a operar. Parece estar por debajo de los 1000 m, según los buzos profundos, pero hay un punto en el que nuestra química simplemente no puede mantenerse al día con la presión. Las adaptaciones para solucionar esto serían un rediseño fundamental del cuerpo.

Todas las soluciones descritas anteriormente son mecánicas que hemos utilizado para explorar el espacio y los océanos. Cualquier solución biológica probablemente tendrá que resolver los problemas que hemos encontrado en nuestras soluciones mecánicas.