I draghi potrebbero esistere? – PT. 1

Sigillare i draghi sono una specie di grande affare. Hanno fatto la loro strada attraverso miti e folklore fin dai tempi degli antichi greci e sumeri, e nessuno sa con certezza da dove sono venuti. Alcuni sospettano che fossero originariamente un tentativo di spiegare la scoperta di ossa di dinosauri e balene. Altri pensano che varani o coccodrilli possano essere stati scambiati per loro. Altri credono ancora che rappresentino semplicemente la nostra paura dei predatori. Oltre a ciò, i draghi soddisfano il nostro fascino per il potere. Chi non vorrebbe vedere un enorme animale volante rilasciare un torrente di fiamme? (A condizione che tu non fossi troppo vicino. I draghi sono stati anche raffigurati comandando altri elementi come l’illuminazione e il ghiaccio. Sono fantastiche bestie mitiche che hanno trovato la loro strada nelle culture e nei cuori delle persone di tutto il mondo. Sfortunatamente, sono bloccati lì, dal momento che non abbiamo motivo di credere che i draghi abbiano mai davvero vagato per la Terra. Ma se l’avessero fatto? Se riavvolgessimo l’evoluzione milioni di anni, i draghi avrebbero un’altra possibilità? La loro biologia è effettivamente fattibile?

Se un animale alato può volare dipende sia da fattori interni ed esterni. I fattori interni includono il suo peso, quanta potenza possono produrre i suoi muscoli e l’area totale delle sue ali. I fattori esterni includono la forza di gravità, la densità dell’aria e la disponibilità di ossigeno del suo pianeta natale. Possiamo usare ciò che sappiamo sui veri animali volanti per determinare quali caratteristiche anatomiche permetterebbero a un drago di volare sulla Terra.

Vorrei sottolineare che ciò che in genere pensiamo come un drago, non è necessariamente un drago. I draghi sono tradizionalmente definiti come aventi quattro zampe e due ali. Tuttavia, film e spettacoli televisivi spesso raffigurano draghi con due zampe posteriori e due ali. Questa forma del corpo sembra più realistica perché corrisponde al modo in cui conosciamo gli uccelli, i pipistrelli e gli pterosauri evoluti. Userò questa forma del corpo quando costruirò i nostri ipotetici draghi perché ha un supporto biologico e ottimizza il peso che dovrebbero portare durante il volo. (E fidati di me. Questi ragazzi avranno bisogno di tutto l’aiuto possibile per decollare.) Tuttavia, queste creature sarebbero più accuratamente classificate come viverne.

Gli animali più grandi a volare sulla Terra erano pterosauri giganti come Arambourgiania philadelphiae e Quetzalcoatlas Northopi. Entrambi questi antichi rettili avevano le dimensioni di una giraffa e quest’ultimo pesava all’incirca come un orso grizzly.

I paleontologi e aeronautica esperti hanno stabilito che queste bestie erano in grado di volare con le proprie forze con alcuni molto intelligente adattamenti. Le loro ossa erano cave come ossa di uccelli per aiutarli a prendere più ossigeno per la respirazione e la potenza di volo, ma avevano una grande circonferenza per sostenere il peso della loro carne. E a differenza degli uccelli, questi pterosauri si lanciavano da terra usando i muscoli delle ali invece di quelli delle gambe. I pipistrelli effettivamente decollano in modo simile. Quetzalcoatlas Northopi sono stati sospettati di raggiungere velocità di 80 miglia all’ora, o 130 chilometri all’ora, e raggiungere un’altitudine di crociera di 2,8 miglia, o 4,5 chilometri, in aria. Potrebbero probabilmente rimanere in volo per sette giorni alla volta.

Quindi sappiamo già di enormi creature che potrebbero volare in modo fenomenale. Se i nostri draghi avessero ossa e ali simili, potrebbero probabilmente raggiungere le stesse dimensioni e peso di questi antichi pterosauri. Quetzalcoatlas era alto 5 metri, o circa 16 piedi, e aveva un’apertura alare di 11 metri, o circa 36 piedi. Anche se le loro proporzioni sarebbero molto diverse, questo mette i nostri ipotetici draghi sulla stessa scala della maggior parte di quelli dei film di How to Train Your Dragon.

They’d also be comparable in height to some of the smaller dragons from Harry Potter and Game of Thrones.

There are a few caveats I should mention. Alcuni paleontologi sospettano che i grandi pterosauri come Quetzalcoatlas volassero di più nei loro anni più giovani per evitare i predatori e volarono sempre meno man mano che crescevano. Quetzalcoatlas adulti possono aver volato solo brevi distanze. Inoltre, gli scienziati hanno ragione di credere che l’atmosfera fosse più ricca di ossigeno durante l’era mesozoica. Quindi, gli pterosauri avrebbero potuto ottenere più energia dal loro cibo e produrre più potenza con i loro muscoli. I nostri draghi possono richiedere condizioni simili. Anche i grandi pterosauri si sono evoluti per avere sacche d’aria nei loro corpi che immagazzinavano ossigeno extra, di cui probabilmente avrebbero bisogno anche i nostri ipotetici draghi. Infine, il peso dei nostri ipotetici draghi aumenterà probabilmente in quanto includiamo organi e carburante per la respirazione del fuoco, la respirazione del ghiaccio e la generazione di illuminazione. Parlerò se quei draghi potrebbero ancora volare in modo fattibile mentre andiamo.

Un drago potrebbe davvero respirare fuoco?

Per un drago di respirare fuoco, ha bisogno di qualche organo o organi in grado di produrre e la memorizzazione di alcune sostanze infiammabili, un modo per espellere la sostanza a velocità molto elevate, e un modo per accendere la sostanza lascia il corpo del drago. Il drago avrebbe anche bisogno di essere a prova di fuoco all’esterno e all’interno per sopravvivere alle proprie fiamme.

Iniziamo con la fonte di carburante. C’è già un composto infiammabile prodotto da molti animali quando digeriscono il cibo: il metano. Il metano è prodotto dai microbi nell’intestino degli animali mentre abbattono il cibo parzialmente digerito. Abbiamo stabilito che probabilmente avrebbero evoluto le sacche d’aria per immagazzinare l’ossigeno necessario per alimentare i loro muscoli, quindi forse alcune di queste sacche potrebbero evolversi per raccogliere metano. Possiamo determinare quanto metano un drago avrebbe bisogno di immagazzinare confrontando la sua potenza con quella di un lanciafiamme.

La X15 lanciafiamme può sparare fuoco fino a 45 metri, o circa 14 metri, per un minuto su un serbatoio pieno di carburante. Può farlo praticamente con qualsiasi liquido infiammabile, ma ottiene la migliore gamma usando una miscela di benzina al 75% e cherosene al 25%. Il serbatoio del carburante contiene 13,25 litri o 3,5 galloni statunitensi. Ciò corrisponde a circa 9,9 litri di benzina e 3,3 litri di cherosene. La benzina rilascia circa 33.867 megajoule di energia per litro quando brucia. Il cherosene rilascia circa 38.346 megajoule per litro bruciato. Complessivamente, l’X15 emette circa 460 megajoule in un minuto. Per ottenere una produzione di energia equivalente, il nostro ipotetico drago avrebbe bisogno di bruciare circa 8,3 chilogrammi di metano per ogni minuto che espelle il fuoco.

Se supponiamo che il nostro drago possa immagazzinare abbastanza carburante in qualsiasi momento per respirare il fuoco per 10 minuti, allora dovrebbe contenere 83 chilogrammi di metano. La densità del metano gassoso varia a seconda della temperatura e della pressione, ma è improbabile che il nostro drago abbia una temperatura corporea superiore a 100 gradi Fahrenheit. Pertanto, il metano che immagazzina richiederebbe 130.000 litri di volume alla normale pressione atmosferica. Decisamente troppo. Invece, immaginiamo che il drago possa comprimere il metano. Il metano è tipicamente compresso a 200 libbre per pollice quadrato. Con quella pressione, il drago poteva immagazzinare tutto il suo metano usando solo 74 litri. Si tratta del volume del corpo umano. Se supponiamo che il drago stia comprimendo il metano in una sfera, allora avrebbe bisogno di esercitare almeno 132 tonnellate di forza. Questo è circa 13 volte la forza di un elefante.

Non è molto pratico. Inoltre, il gas metano si disperderebbe rapidamente nell’atmosfera quando viene rilasciato, rendendo il fuoco del drago difficile da mirare. Un metodo più efficiente di stoccaggio del combustibile sarebbe quello di convertire il metano in metanolo.

Il metanolo è un liquido a 100 gradi Fahrenheit e occupa molto meno volume. Inoltre, avere una fonte di combustibile liquido permetterebbe a un drago di espellere le fiamme nello stesso modo controllato che fa un lanciafiamme. Ma è possibile per un essere vivente convertire il metano in metanolo dentro di sé?

L’equazione chimica per la creazione di metanolo da metano è abbastanza semplice. La combinazione di due moli di metano con una mole di gas ossigeno crea due moli di metanolo per il 5% di tutte le reazioni tentate. Questa reazione può verificarsi a 100 gradi Fahrenheit, ma richiede fino a 50 atmosfere terrestri di pressione. Dovrebbe inoltre rilasciare circa 110 kilojoule di energia per mole di metanolo prodotto in tali condizioni. Insieme, questi fattori ci danno una quantità minima di tempo che ci vorrebbe un drago per produrre abbastanza metanolo per un minuto lungo scoppio di fuoco come quello prodotto dal lanciafiamme X15. (Ho abbassato il limite di tempo di respirazione del fuoco perché 10 minuti di metanolo sarebbero oltre 200 chilogrammi e peserebbero in modo significativo il nostro drago. Tuttavia, potrebbe ancora respirare il fuoco per 10 minuti se rilasciasse solo un decimo della potenza dell’X15, e sarebbe comunque piuttosto minaccioso.)

Un drago che respira il fuoco avrebbe bisogno di un incredibile isolamento all’interno del suo corpo, quindi possiamo supporre che il calore rilasciato quando viene prodotto il metanolo lasci il suo corpo per convezione. Ciò significa che l’aria dall’interno del drago viene rilasciata e trasporta calore con essa. Il calore perso per convezione deve essere maggiore o uguale al calore prodotto nella formazione del metanolo. Entrambi questi valori dipendono dalla superficie del sacco che contiene le sostanze chimiche, che assumeremo essere sferica. La superficie è anche direttamente proporzionale alla quantità di forza che il drago deve esercitare per fornire le 50 atmosfere di pressione necessarie per la produzione di metanolo.

Using all the information above, we can derive a formula that directly relates the dragon’s strength to its methanol production time:

il Metanolo rilascia il 22,7 megajoule per chilogrammo quando brucia, quindi abbiamo bisogno di circa 20.3 chilogrammi di combustibile nostro drago di fuoco di respiro. Si tratta di circa 632 moli di metanolo liquido, che potrebbero essere immagazzinati in uno spazio di circa 25,8 litri. Diciamo che il nostro drago impiega un giorno per rifornirsi. Quindi, avrebbe bisogno di applicare oltre 240.000 newton di forza. Ciò lo renderebbe circa 2,8 volte più forte di un elefante. Il nostro drago che respira il fuoco sarebbe ancora sproporzionatamente forte per la sua massa, ma possiamo supporre che abbia adattamenti che gli danno muscoli eccezionalmente forti. Muscoli che forte sarebbe anche aiutare il drago a volare mentre trasporta il peso extra dal suo carburante.

vorrei anche ricordare che il 24-ora la produzione di metanolo tempo è il tempo minimo che il drago poteva prendere, per produrre metanolo senza problemi di surriscaldamento, non necessariamente quanto tempo ci vorrebbe il drago per produrre tanto metano. Gli animali più gassosi sono le mucche, che al massimo producono circa 0,3 chilogrammi di metano al giorno. Ci vorrebbe una sola mucca circa 40 giorni per produrre abbastanza metano per alimentare il fuoco del nostro drago, dato il tasso di successo del 5% di conversione del metano in metanolo. Quindi il nostro drago dovrebbe produrre 40 volte più metano di una mucca. Un’alternativa sarebbe che il nostro drago vivesse da qualche parte con un’alta concentrazione di metano come una palude. Tuttavia, sarebbe in costante pericolo di incendiare il suo habitat. Un’idea convincente sarebbe che un drago mantenesse effettivamente il bestiame in un ambiente chiuso come una grotta. Se un drago potesse catturare 40 mucche ogni mese o giù di lì e lasciarle passare il gas fino a morire di fame, potrebbe essere in grado di inalare abbastanza metano per alimentare il suo respiro di fuoco. Poi, potrebbe mangiare le mucche una volta che muoiono. Avere una dieta come questa darebbe anche al nostro drago qualcos’altro di cui ha bisogno: ferro.

L’ultima cosa di cui abbiamo bisogno per il nostro drago di energia con il metanolo è un catalizzatore. I catalizzatori sono sostanze che consentono reazioni chimiche a verificarsi ad un ritmo più veloce o in condizioni diverse allora normalmente farebbero. Si dà il caso che il ferro incorporato nel grafene sia un catalizzatore per la reazione di metano e ossigeno per formare metanolo. Permette anche che questa reazione si verifichi a temperatura ambiente. La carne è ricca di ferro, quindi un drago con una dieta molto carnosa sarebbe in grado di utilizzare parte del ferro eme che assorbe per creare il suo catalizzatore di grafene. L’unico altro ingrediente sarebbe il carbonio, che il nostro drago potrebbe ottenere praticamente da qualsiasi sostanza organica. Il grafene è il materiale più forte noto alla scienza, quindi usare il grafene per allineare il sacco di gas del drago gli permetterebbe di resistere all’immensa pressione che gli viene esercitata dai muscoli del drago. Il grafene è anche ottimo per condurre il calore, quindi non impedirà il raffreddamento del sacco di gas.

naturalmente, essere in grado di produrre metanolo non è utile, a meno che il nostro drago è un modo per accendere e espellere i flaming liquido. Una possibilità è che i draghi abbiano un tipo di selce naturale nella loro gola o bocca che possono raschiare per accendere la fiamma. Potrebbero anche ingerire piccole rocce come fanno gli uccelli e raschiare quelli insieme. In alternativa, il nostro drago potrebbe espellere il metanolo così velocemente che si verifica l’accensione statica. Questo è quando l’attrito tra un contenitore e il suo carburante crea elettricità statica che accende il carburante. Ma come potrebbe il nostro drago espellere il suo carburante?

Lanciafiamme espellere il loro combustibile attraverso il rilascio di gas compressi. L’X15 che abbiamo confrontato con il nostro drago utilizza un serbatoio da 20 once di anidride carbonica compressa a 800 libbre per pollice quadrato. L’anidride carbonica viene utilizzata perché non è infiammabile. Se il nostro drago avesse una seconda sacca di gas sferica per immagazzinare anidride carbonica, potrebbe usare i suoi eccezionali muscoli per fornire la stessa pressione. Pertanto, potrebbe espellere il metanolo con la stessa gamma di 45 piedi dell’X15.

L’ultimo ostacolo il nostro stillafuoco (drago deve superare è il fuoco stesso. Fa caldo, e gli esseri viventi in genere non vogliono essere intorno ad esso. Così come potrebbe un drago stare avendo dentro di loro? Beh, c’è una parte degli esseri viventi che è incredibilmente ignifuga: il DNA! Secondo un articolo di WIRED (che ho ricontrollato con altre fonti):

La struttura chimica del DNA lo rende ideale per il lavoro di arresto della fiamma. Una volta riscaldato, la sua spina dorsale contenente fosfato produce acido fosforico, che rimuove chimicamente l’acqua dalle fibre di cotone lasciando dietro di sé un residuo resistente alla fiamma e ricco di carbonio. Le basi contenenti azoto rilasciano ammoniaca-che diluisce i gas infiammabili e inibisce le reazioni di combustione-e possono agire come “agenti espandenti”, che aiutano a trasformare i depositi ricchi di carbonio in uno strato protettivo a combustione lenta. In definitiva, questi ingredienti fermano la combustione formando una schiuma ricca di carbonio o un rivestimento protettivo in carbonio vetroso chiamato char.

Gli scienziati dei materiali in Italia hanno scoperto che rivestire un tessuto di cotone con DNA prelevato dallo sperma di aringa lo impediva di bruciare. Gli organismi sono già grandi a fare il DNA-è una specie di tutta la loro cosa – quindi un drago dovrebbe essere in grado di produrre abbastanza DNA per rivestire almeno l’interno della sua gola, bocca e sacco di gas. C’è il problema che il rivestimento creato dagli italiani non era impermeabile, ma potrebbe essere possibile aggirare questo problema incrociando il DNA in una grande matrice. Il nostro drago potrebbe anche utilizzare tutto il calore prodotto in quanto rende il metanolo per far evaporare qualsiasi acqua che potrebbe sciogliere il suo rivestimento di DNA.

Tuttavia, essendo a prova di fuoco non si ferma il flusso di calore. Il nostro drago ha anche bisogno di un adeguato isolamento termico. Per questo, ci rivolgiamo agli aerogel. Aerogel sono materiali porosi che fanno un lavoro incredibile di limitare il flusso di calore. Se il nostro drago può produrre rivestimento aerogel naturale, potrebbe proteggersi dal calore delle proprie fiamme. Ci sono anche organismi che già producono aerogel: libellule!

Le ali di libellula hanno una struttura molto simile a quella di prodotti di aerogel. Gli scienziati studiano anche la loro crescita per creare aerogel per le case isolanti. Chi avrebbe mai pensato che le libellule sarebbero state la chiave per la biologia di un vero drago?

Conclusione

Quindi cerchiamo di fare un elenco di tutti gli adattamenti di un drago avrebbe bisogno di possedere:

• le Ali, le ossa e il corpo di peso paragonabile a quella dell’antica Quetzalcoatlas Northopi.
• Sacche progettate per contenere e comprimere gas come ossigeno, anidride carbonica e metano.
• Muscoli straordinariamente efficienti in grado di esercitare 2.8 volte la forza di un elefante senza aumentare il peso della bestia oltre quello di un orso grizzly.
• La capacità di produrre metano 40 volte più veloce di una mucca o una strategia di sopravvivenza che gli permette di inalare il metano di grandi gruppi di animali.
• Una dieta ricca di ferro.
• La capacità di rendere ferro incorporato grafene all’interno del suo corpo.
• Un sistema per il raffreddamento convettivo che permette di espellere rapidamente il calore rilasciato nella produzione di metanolo.
• Una camera che rilascia gas compresso per espellere metanolo e probabilmente qualche sostanza dura per fare clic insieme e accenderlo.
• La capacità di produrre il rivestimento del DNA a prova di fuoco stesso.
• E la capacità di realizzare un rivestimento simile all’aerogel per l’isolamento termico.

Direi che il più grande ostacolo evolutivo sarebbero i muscoli potenziati. Forse i draghi potrebbero produrre più ormoni che migliorano la forza e meno inibitori della forza rispetto ad altri animali, o potrebbero avere muscoli più simili a un artropode o un mollusco rispetto a un vertebrato. Le fibre muscolari di quegli organismi possono esercitare più forza data la stessa area della sezione trasversale. Ci sono anche materiali che i draghi avrebbero bisogno di produrre – come il grafene e il rivestimento del DNA-che non si trovano nel regno animale. Quindi, mentre non posso dire che l’evoluzione dei draghi sia plausibile, non penso che sia del tutto impossibile. Forse i progressi nell’ingegneria genetica potrebbero un giorno produrre un drago(irto di implicazioni etiche come sarebbe). Personalmente penso che avere un’immagine scientifica di come i draghi si sarebbero evoluti li renda ancora più sorprendenti.

Questo post è il primo di una serie in tre parti che sto facendo sulla biologia dei draghi. Nel prossimo, darò un’occhiata alla fattibilità dei draghi che attaccano con illuminazione, ghiaccio e persino plasma freddo. Nel post successivo, userò la fisiologia e la biochimica che ho stabilito nei primi due post per prevedere dove vivrebbe ogni tipo di drago, cosa mangerebbe e come caccerebbe. Spero di vederti lì!

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