Австралійські вчені з Університету Монаш виявили приховану закономірність, яка протягом 200 мільйонів років визначала форму дзьобів у птахів і навіть у їхніх динозаврових предків. Дослідження, опубліковане в журналі iScience, доводить, що переважна більшість дзьобів дотримується так званого «силового каскаду» — математичного правила росту, яке також описує форму зубів, рогів і панцирів, передає КРВ.медіа з посиланням на дослідження.
Від тиранозавра до колібрі: еволюція дзьобів
Математичні закономірності рідко проявляються в біології так чітко, як це сталося у випадку з формуванням дзьобів. Команда біологів на чолі з Кетлін Гарланд і професором Алістером Евансом з Університету Монаш в Австралії встановила, що майже всі дзьоби птахів, а також морди древніх тероподів (групи динозаврів, до якої належав Tyrannosaurus rex), підкоряються принципу розширення від вершини до основи — «силовому каскаду».
Що таке «силовий каскад»? Це математичне правило описує, як розширюється загострена структура — зокрема, дзьоб — від вузького кінчика до ширшої основи. Простою мовою, це функція, за якою пропорції дзьоба змінюються в певному співвідношенні, що дозволяє точно передбачити форму.
Науковці дослідили 127 видів динозаврів-тероподів і виявили, що у 95% їхніх морд і дзьобів спостерігається саме така закономірність росту. Для цього було використано 3D-моделі, зібрані з музеїв, та цифрові морфологічні реконструкції. Аналіз здійснювався за допомогою комп’ютерного моделювання еволюції.
Тероподи — це група динозаврів, з якої еволюційно виникли сучасні птахи. До них належать і хижі види (як T. rex), і рослиноїдні або всеїдні, частина з яких ще в мезозойську еру втратила зуби та сформувала дзьоб.
Птахи-винятки
Попри широке поширення «силового каскаду», вчені зафіксували й кілька винятків. Один з них — євразійський кулиоклюв (Eurasian spoonbill), чий дзьоб має нестандартну, лопатоподібну форму. Така адаптація дозволяє йому ефективно добувати їжу з мулу. Саме спеціалізація живлення, ймовірно, змусила вид відхилитися від звичного шляху розвитку.
Автори дослідження підкреслюють, що подібні «порушники правил» лише підсилюють значення відкриття: більшість дзьобів у птахів функціонують відповідно до математичної моделі, й лише в окремих випадках еволюція обирає інші шляхи.
Це також вказує на гнучкість еволюційних механізмів: правило може бути поширеним, але не абсолютним. І саме завдяки виняткам наука може краще зрозуміти, коли й чому правило перестає діяти.
Після динозаврів: як змінилися дзьоби
Після масового вимирання 66 мільйонів років тому лише одна лінія динозаврів-тероподів вижила — і саме вона дала початок сучасним птахам. З того часу відбулося значне розмаїття форм та функцій дзьобів: від нектарних «трубочок» колібрі до ріжучих «лез» хижих птахів.
І хоча адаптації виявилися дуже різноманітними, принцип росту залишився сталим. Це дозволяє припустити, що «силовий каскад» є не просто закономірністю росту дзьобів, а більш універсальним біологічним механізмом, притаманним усім хребетним: ссавцям, рептиліям і навіть рибам. Автори дослідження припускають, що цей принцип міг діяти і на інших загострених структурах, як-от зуби чи панцирі.
Наступним етапом дослідження стане вивчення росту дзьобів у пташенят — від народження до дорослого стану. Якщо гіпотеза про універсальність «силового каскаду» підтвердиться, це може відкрити нові шляхи в біоінженерії, палеонтології й навіть у дизайні штучних структур на основі природних форм.
Це відкриття має не лише еволюційне значення. Воно також демонструє, як фундаментальні математичні принципи можуть пояснити біологічне різноманіття. Знання, яке дає нам «силовий каскад», можна буде використати для передбачення форм у викопних рештках або створення біоміметичних технологій, що повторюють природні процеси розвитку форм.
Раніше ми також писали, що в Антарктиді знайшли нового птаха, який жив у часи динозаврів
