Акулы подчиняются закону масштабирования две трети, подтверждая теорию

Новое исследование с использованием передового 3D-моделирования подтвердило, что акулы почти идеально следуют «закону масштабирования две трети». Это открытие может изменить понимание биологии в животном мире.

Исследование подтвердило, что в отношении размеров тела акулы играют по правилам.

Более века учёные опирались на теорию, предсказывающую, как площадь поверхности и объём тела животного масштабируются с его размером.

Исследователи из Университета Джеймса Кука (JCU) и Массачусетского университета использовали передовое 3D-моделирование, чтобы подтвердить эту теорию на акулах. Работа опубликована в журнале Royal Society Open Science.

«Мы обнаружили, что акулы почти идеально следуют так называемому "закону масштабирования две трети"», — сказал Джоэл Гэйфорд, кандидат наук JCU и ведущий автор исследования.

«Этот закон помогает объяснить, как животные обмениваются теплом, энергией и кислородом с окружающей средой. Поэтому его подтверждение на полноразмерных животных, а не только на клетках, — большое дело».

Команда создала цифровые модели тел 54 видов акул, используя высокодетальные 3D-сканы, сделанные в сотрудничестве с художником по компьютерной графике Джонсоном Мартином.

Эти сканы позволили точно измерить площадь поверхности и объём, что дало редкое понимание того, как форма тела влияет на физиологию.

«Это соотношение фундаментально», — сказала профессор морской биологии JCU, доктор Джоди Раммер, соавтор исследования. «Оно лежит в основе того, как животные дышат, регулируют температуру и перерабатывают отходы. И теперь мы впервые показали, что оно верно для таких сложных и разнообразных животных, как акулы».

Для строгой проверки правила команда использовала филогенетическую регрессию — статистический метод, учитывающий эволюционные взаимосвязи. Было обнаружено, что площадь поверхности акулы пропорциональна объёму, возведённому в степень 0,64. Это всего на 3% отличается от теоретического предсказания в 0,67.

«Это поразительно, — сказала профессор Раммер. — Это предполагает, что акулы эволюционировали, чтобы придерживаться этого соотношения, возможно, потому, что отклонение от него слишком затратно или ограничено ранним развитием».

Команда полагает, что эволюционные и эмбриональные ограничения могут объяснить, почему акулы из столь разных мест обитания и с разным образом жизни всё равно подчиняются одному правилу масштабирования.

«Изменение распределения тканей в теле может потребовать серьёзных изменений на раннем эмбриональном развитии — а это энергетически затратно», — пояснил Гэйфорд.

Эти выводы имеют практическое применение.

«Соотношение площади поверхности к объёму — ключевой параметр в уравнениях, используемых для моделирования реакции животных на изменение климата, например, скорости регуляции температуры тела или эффективности использования кислорода, — сказал Гэйфорд. — Теперь мы можем использовать эти уравнения с гораздо большей уверенностью для акул и других крупных животных».

Исследование показывает, как современные технологии визуализации и кропотливое цифровое моделирование могут дать ответы на давние биологические вопросы.