¿Son viables los 'ambiesqueletos'?

Un problema recurrente al tratar de crear criaturas grandes es la ley del cuadrado-cubo que se aplica a la mejora de animales familiares, particularmente aquellos con exoesqueletos: si duplicas el tamaño de un animal, su peso aumentará ocho veces, pero su capacidad de carga solo se cuadruplicará. y la fuerza muscular sólo se duplica. Los esqueletos de artrópodos ya representan una mayor proporción del peso del organismo que los de los vertebrados.

Los artrópodos más grandes de la historia fueron el Jaekelopterus y el Arthropleura , ambos de unos 2,5 m de largo. Pero ninguno se elevó a más de unas pocas decenas de centímetros del suelo.

Entre las soluciones parciales habituales propuestas se encuentran la reducción de la gravedad de un planeta, el aumento del contenido de oxígeno de la atmósfera (lo que permitió insectos mucho más grandes en nuestro pasado) y el cambio de la composición del esqueleto mismo. Tal vez se pueda agregar una solución estructural a esta lista para hacer plausible la megafauna terrestre con caparazón (en lugar de caparazón ).

¿Funcionaría una mezcla de rasgos exoesqueléticos y endoesqueléticos, un 'ambiesqueleto'? Aquí hay un diagrama simplificado de lo que estoy proponiendo:

Diagrama que compara las secciones transversales del endo-exo- y del ambiesqueleto propuesto

'Ambi-' del latín que significa ambos.

El músculo y los tejidos están encerrados en un caparazón similar a un caparazón, con una estructura similar a un hueso a lo largo de un borde que soporta la carga. En esta combinación, el "caparazón" solo necesita contener y proteger el contenido de la extremidad o segmento del cuerpo, mientras que el "hueso" soporta el peso del animal. Ambas porciones son continuas, sin tejido blando intermedio.

Con o sin las otras soluciones parciales antes mencionadas, ¿permitiría esto animales significativamente más grandes con caparazones?

¿En qué se diferencia esto de un cocodrilo? ¿O en realidad, de un humano? Nuestra piel (y, en el abdomen, la capa muscular) efectivamente "contiene y protege el contenido de las extremidades o segmentos del cuerpo" . Y, además, hay lugares en el cuerpo humano donde los huesos se colocan inmediatamente debajo de la piel.
@AlexP Creo que el OP está hablando de un caparazón delgado junto con huesos internos. Así que la piel normal no lo corta.
Entonces, como una tortuga, pero con aún más caparazón en lugar de tejidos blandos en las patas, la cola y la cabeza :)?
No es una respuesta completamente formada, pero busque fuselajes con una combinación de armazones y revestimientos estresados. Creo que el término es Semi-monocasco. Un endoesqueleto es muy parecido a la piel, utilizando componentes estructurales internos para soportar las tensiones. cfinotebook.net/notebook/aerodinámica-y-rendimiento/…
Por un momento allí esperaba que uno de los enlaces fuera a mi perfil en lugar de a wikipedia XD
Considere cómo se ve la muda. Los exoesqueletos tienen dificultad para expandirse con el crecimiento.
¿No sería posible tener todo el doble o incluso el triple? Por ejemplo, puedes imaginar un organismo que tiene dos tres espinas. Tal vez solo una señal de transmisión y dos simplemente dando apoyo. Algo similar a lo que ya tenemos en armas. Para las piernas, uno puede pensar en cuatro huesos... Algo así probablemente no era conveniente o fácil para la naturaleza, pero seguramente se puede imaginar y ser consistente con las leyes mecánicas, creo.
¿Cuál es su objetivo final real? ¿Estás tratando de hacer posibles los insectos gigantes o los animales gigantes en general?
@AlexP Los humanos (y los cocodrilos y la mayoría de los otros vertebrados) tienen huesos externos, se llaman "dientes". Evoluciona una criatura a la que le crecen dientes por todo el cuerpo y no solo en la boca y ahí lo tienes.
@DarrelHoffman Los dientes no son huesos, están hechos de una sustancia completamente diferente y funcionan de manera completamente diferente (por ejemplo, no están destinados a soportar carga).
@IanKemp Carapace tampoco es exactamente hueso. El punto es que es un material duro y rígido que está en el exterior del cuerpo, que podría estar "lo suficientemente cerca" para la pregunta.
@AlexP Los cocodrilos tienen osteodermos, placas óseas dentro de la dermis, significativamente distintas de los exoesqueletos. La piel obviamente no se parece en nada a un exoesqueleto.
@ user3757614 Ese es un problema aparte, pero si esto produce una respuesta positiva, puedo proponer un enfoque para el crecimiento/muda.
@IanKemp Animales gigantes parecidos a insectos; parecidos a insectos en el sentido de que tienen lo que parecen ser exoesqueletos (en lugar de placas óseas, por ejemplo).
Su verdadero problema es cómo dejarlo crecer, no se puede eliminar con componentes internos y los componentes externos impiden el crecimiento. el caparazón y el hueso tienen que ser materiales separados.
Estoy luchando por entender su distinción: los exoesqueletos de insectos son literalmente ectodermo endurecido (mientras que los huesos de vertebrados son mesodérmicos), es decir, piel. Los insectos recién mudados tienen una piel suave, que se endurece. Cualquier estructura ectodérmica rígida (uñas, escamas, cuernos) es desde el punto de vista del desarrollo y estructuralmente un exoesqueleto; solo necesitas más de lo que tienen la mayoría de los vertebrados. Los gliptodontes son mi mejor suposición; siéntase libre de hacerlos más brillantes, con una apariencia más insectil, etc. Y como otros mencionaron, hacer que los dos sean permanentemente contiguos lo mete en problemas de crecimiento con bastante rapidez: déjelos dividirse en la muda.
Los @Guest Exoesqueletos son estructuralmente distintos de la dermis escamosa/enchapada/huesuda y desempeñan el papel de soporte de peso que las escamas/placas/etc no lo hacen. Son similares en apariencia y en la protección que ofrecen, pero todo termina ahí.

Respuestas (4)

Aunque es una buena pregunta, no funciona excepto por la estética, que podría ser su punto.

Un exoesqueleto está diseñado ante todo para proteger el interior. Debe ser lo suficientemente grueso para brindar esa protección; si es demasiado delgado, se volverá quebradizo y se romperá rápidamente. La piel es relativamente fácil de reparar y su elasticidad combinada con la dureza la hacen útil para nosotros, pero tener esencialmente una pieza delgada de hueso que se rompe fácilmente y es más difícil de reparar, ya que su piel significaría que se lesiona fácilmente y le tomaría mucho tiempo recuperarse. esas heridas

Si hace que el exoesqueleto sea más grueso, se encontrará con un problema: debe ser lo suficientemente grueso para proteger, pero lo suficientemente delgado para que sus huesos no colapsen por el peso. Ya podemos romper el caparazón de un cangrejo, por lo que ese grosor no es lo suficientemente bueno. Pero si escalaste dicho cangrejo a nuestro tamaño con un grosor decente para protegerlo, ¡ya te has topado con el problema del cubo cuadrado que estabas tratando de evitar!

Entonces, en cambio, sugeriría una solución intermedia para su solución intermedia. Utiliza huesos "normales" con piel en el exterior, pero hace que esa piel parezca caparazón. Quizás es más como una capa de cuerno como nuestras uñas o la piel de los animales terrestres "blindados". Su piel sigue siendo dura pero con una mayor flexibilidad y parece un caparazón.

Aunque puede optar por el método "utiliza otra composición". Los cuerpos biológicos pueden realizar muchos pasos para hacer grafeno y el hilo de araña definitivamente puede ser hecho por cuerpos biológicos, por lo que tener un caparazón hecho de una aleación de piel de grafeno para mayor resistencia y ligereza entrelazado con seda de araña para mayor resistencia y flexibilidad puede crear megafauna con caparazón.

Como referencia, nuestros huesos están hechos de elastina que los hace flexibles y calcio para la dureza. Cuando somos jóvenes, nuestros huesos son mucho más elastinos y los huesos son difíciles de romper, el efecto secundario es que tu hueso se dobla fácilmente y no protege tanto como quieres ni ayuda cuando tus músculos intentan generar energía de algo que da paso. A medida que envejecemos, la elastina desaparece de los huesos y la mayor parte del calcio se queda, lo que conduce a huesos quebradizos. Por lo tanto, asegurarse de tener una combinación sólida de propiedades elásticas y dureza es vital para una buena estructura ósea o de caparazón.

En relación con su solución de "mitad del camino a la mitad del camino", una palabra: callosidades.
Piel hecha de seda de araña. Eso no es lo que esperaba de World Building. Y me encanta. Sin embargo, tenga cuidado: su criatura será cazada hasta la extinción.
@TheDaleks: O queratina, eso parece ser de lo que están hechos todos los fragmentos y piezas interesantes de una variedad de animales.
@Demigan Justificar la estética es la mitad de la construcción del mundo, ¿no? ;D Sin embargo, a tu punto: no estoy seguro de que se siga que un pedazo de caparazón roto deba tardar más en recuperarse que la piel cortada, o que el caparazón no pueda tener ninguna flexibilidad: las articulaciones de los artrópodos todavía están cubiertas de quitina. AFAIK los insectos jóvenes pueden curar grietas y los adultos reparan el daño con una muda; hay opciones
@rek, una pequeña grieta de insecto tiene un área de superficie mucho más pequeña que una pequeña grieta en megafauna. Una herida profunda en la piel puede sanar en 2 semanas mientras que un hueso pequeño se rompe (¡totalmente rodeado de tejido!) Toma de 6 semanas a 6+ meses. Eso es mucho tiempo para caminar con una herida. Además de eso, el caparazón exterior tendría que ser tan delgado que golpear accidentalmente un árbol mientras camina podría crear grandes grietas porque es muy frágil. Es por eso que creo que deberías hacerlo estético o optar por metamateriales.
@JohnDvorak No haría la parte superior de la piel con seda de araña y nunca usaría seda de araña pura. Más bien, dejaría que las células de la piel en las regiones inferiores de la piel tiren de los hilos de seda de araña entre ellas para crear una malla con estas células incrustadas en el medio. muchas telas de araña son como Kevlar y algunas son mucho mejores que Kevlar, por lo que tendrías una alta resistencia contra cortes y puñaladas, por lo que cualquiera que intente cazar a estas criaturas debería estar listo para intentar matarlo a golpes o usar mucha fuerza detrás de su corte. implementos.
@Demigan ¿Por qué el caparazón exterior debería ser tan delgado y quebradizo? La curación está un poco fuera del alcance, pero parte de la razón por la que los huesos tardan tanto en repararse es la mineralización, que no comienza durante semanas en el proceso de curación. Un caparazón no mineralizado no seguiría ese proceso; la quitina es fibra de azúcar, la queratina es proteína. Y el caparazón no necesita ser la totalidad de la protección contra daños.
@rek por el peso. Por ejemplo, la quitina pesa aproximadamente 1,4 g/cm ^ 2 y la piel normal alrededor de 1 g/cm ^ 2, que supongo que tiene una tercera dimensión básica como 1 mm de grosor. Mientras tanto, el hueso "normal" que necesita para seres tan grandes como nosotros está entre 2.9 y 3.8 g / cm ^ 3 (difícil de comparar, lo sé). Ese peso adicional dificulta la creación de megafauna, por lo que solo la estética es lo mejor que puede elegir, a menos que pueda encontrar metamateriales plausibles y similares para usar. La piel es prácticamente un superpoder en sí mismo y traté de formular preguntas al respecto, ¡pero es tan complejo!
@Demigan Creo que eso llega al núcleo de mi pregunta, la suposición de que el x% de un exoesqueleto está ahí para proteger la carne en el interior y el y% para soportar el peso del animal. Si los dos roles se pueden separar (o en parte), tal vez la parte protectora no necesite ser tan gruesa como se supone porque el 'hueso' puede engrosarse para soportar el peso.
Y en el otro extremo del espectro, algunos de los animales terrestres más grandes de la actualidad tienen una piel increíblemente gruesa: 2,5 y hasta 5 cm para elefantes y rinocerontes, respectivamente.

Ya hecho

Las tortugas tienen sus caparazones como parte de su esqueleto de alguna manera: está hecho de queratina de cuero pero las costillas están fusionadas.

Una especie extinta llamada archelon podría medir 460 cm de largo (alrededor de 15 pies, calculo). Aquí hay una foto de los restos de uno con un humano a su lado:

Un esqueleto archelon con un humano empujándolo

Tonterías, estos son vertebrados normales, el "caparazón" es hueso. Hablando evolutivamente, el caparazón se desarrolló a partir de las costillas, no "cuero", que de todos modos es un producto artificial.
@a_donda bueno, sigue siendo un "ambiesqueleto", ¿no?
Bueno, depende de cómo se defina la ambi-parte. Las tortugas (y los gliptodontes) son vertebrados, no combinan un caparazón de estilo artrópodo con un esqueleto de estilo vertebrado. Todo es imaginable en la construcción del mundo, pero es difícil imaginar cómo el metabolismo de un insecto y el plano del cuerpo y el de un mamífero podrían unirse. Basado en la ciencia, elegiría queratina (cuerno, uñas, cabello) para un caparazón. Esos vertebrados saben hacer :-)
@a_donda Lo he comprobado dos veces, las tortugas (en su mayoría) no tienen caparazones de cuero, están hechos de queratina.
Los caparazones de las tortugas están hechos de huesos. Pueden tener una capa de queratina, estilo reptil porque eso es lo que son. No es un ambisceleton como el previsto en la pregunta porque eso (me parece) intenta combinar el esqueleto interior óseo con el exoesqueleto quitinoso de los atrópodos. Eso no (que yo sepa) existe. La quitina es demasiado blanda para soportar un gran peso. Y solo estoy levantando el dedo porque está etiquetado como "basado en la ciencia", de lo contrario, todo vale, por supuesto :-)
@TheSquare-CubeLaw Como huesos fusionados, no estoy seguro de que los caparazones de tortuga califiquen como caparazones de artrópodos, y están dentro de la dermis en lugar de ser realmente exoesqueléticos.
Leer la descripción del Archelon no parece ser una buena respuesta. El OP quiere una forma de construir una megafauna terrestre, pero el Archelon estaba (se pensaba que estaba) basado en el mar. Incluso si viniera a tierra, descansaría acostado y se empujaría hacia adelante en lugar de poder mantenerse erguido. Así que aplicarlo a un megacangrejo, por ejemplo, no funcionaría.
tenga en cuenta que las extremidades de las tortugas siguen siendo como las extremidades normales de los vertebrados, el hueso solo está en el interior. También hay tejido vivo en el exterior del hueso del caparazón, ninguna parte del hueso está en contacto con el exterior.

Un ambiesqueleto funcionaría en teoría. Las juntas de las estructuras internas y externas tendrían que estar alineadas para permitir la movilidad. Y tener partes más duras y resistentes definitivamente aumentaría las habilidades defensivas de tu criatura y le daría más posibilidades de existir a pesar de su gran tamaño.

El lugar adecuado para desahogarse es Meta. Aparte de eso, interesante respuesta.

Parece que los ambiesqueletos requieren características específicas que ninguna criatura viviente tiene, pero tal vez algunas criaturas extintas podrían haberlas tenido, los placodermos, un grupo de peces extintos en los que casi la mitad de su cuerpo estaba cubierto por placas óseas y por lo que sé, el tejido blando sobre las placas era mínimo, algo que es importante para el propósito del "ambiesqueleto", que es permitir criaturas grandes y masivas parecidas a artrópodos con un cuerpo exoesquelético aparentemente duro.

Como mencioné, estas criaturas tenían muy poco tegumento en el pectoral óseo y las placas del cráneo (al menos, solo una capa delgada de piel en partes específicas), lo que revelaría fácilmente su apariencia dura. Otra cosa es que tenían la mayoría de los órganos y músculos dentro de las placas de boen y no sobre o fuera.

Otro posible punto de este "modelo" es que los placodermos, incluso bajo el agua, podrían alcanzar tamaños más grandes que los artrópodos más grandes, con una de las especies más grandes que tiene estimaciones moderadas hasta 6-7 metros de largo y las estimaciones superiores incluso hasta 10-11 metros.

Entonces, tener esos tamaños grandes es una posible evidencia o solución con respecto al problema de que el tamaño está limitado por tener todos sus órganos contenidos dentro de un exoesqueleto rígido que, según he visto, se menciona generalmente para los artrópodos gigantes. Básicamente, parece que los placodermos podrían crecer sin estar limitados por su armadura.

Y algo asombroso, un grupo específico de placodermos fue más allá, desarrollando extremidades similares a las de los artrópodos a partir de sus aletas pectorales.

La siguiente imagen es de un género de tamaño pequeño, pero otros pudieron alcanzar hasta 2-3 metros de largo.

Y la parte que contribuye a la parte "ambi" es que los placodermos mantuvieron una columna vertebral contenida dentro de su armadura, solo conectando con su caja craneana, siendo prácticamente un único punto de anclaje muscular interno.

Puntos problemáticos a considerar

Estas eran criaturas acuáticas, por lo que el caso más probable es que todo el peso extra proporcionado por la armadura fuera sustentado por agua, que podría causar problemas en tierra por ser tan pesada. Por lo tanto, sería necesario determinar qué grosor puede tener antes de llegar a un límite en el que caiga por su propio peso.

Posibles soluciones a esto son el uso de materiales extraños, o la evolución de alguna construcción estructural capaz de soportar el peso. Como este escarabajo diabólico o el exoesqueleto del camarón mantis .

Y cosas de las que realmente no estoy seguro de cómo funcionan, como el mecanismo biológico por el cual estos animales podrían crecer dentro de su armadura sin mudarse como lo harían los artrópodos, he asumido que mediante un apilamiento de capas de hueso que se disuelve en las inferiores como crecieron.

Y la parte mecánica, no sé si la superficie que aportan juntos el mínimo esqueleto interno y el exoesqueleto sería suficiente para anclar una cantidad suficiente de músculo para poder moverse en tierra. Así es eso, para encontrar cuánta superficie requieren los músculos.

Lo único que podemos saber es que este "modelo" funcionó satisfactoriamente bajo el agua.

Por mi parte intentaría buscar soluciones o hacer preguntas para solucionar los últimos inconvenientes.