Секретное математическое правило формировало клювы птиц и других динозавров 200 миллионов лет
Невероятное разнообразие форм и размеров птичьих клювов — от соломинки колибри до ножа орла — подчиняется скрытому математическому правилу, управляющему их ростом и формой почти у всех современных птиц.
Более того, это правило описывает форму клювов даже у давно исчезнувших предков птиц — динозавров. Таковы результаты исследования, опубликованного в журнале iScience.
Изучая клювы через призму этого правила, можно понять, как эволюционировали лица птиц и других динозавров за 200 миллионов лет, а также выяснить, почему в редких случаях эти правила нарушаются.
Когда природа следует правилам
Обнаружение универсальных правил в биологии — редкое и сложное явление. Наша команда ранее открыла новое правило биологии, объясняющее форму и рост многих заостренных структур: зубов, рогов, копыт, раковин и, конечно, клювов.
Это простое математическое правило, названное «степенным каскадом» (power cascade), описывает, как ширина заостренной структуры (например, клюва) расширяется от кончика к основанию.
Динозавры обзавелись клювами более одного раза
У большинства динозавров, таких как Tyrannosaurus rex, была крепкая морда с острыми зубами. Но у некоторых (например, у похожего на эму Ornithomimus edmontonicus) зубов не было вовсе — вместо них были клювы.
В группе тероподов, к которой принадлежал T. rex, клювы эволюционировали независимо как минимум шесть раз. Каждый раз зубы терялись, а морда за миллионы лет вытягивалась в форму клюва. Выжила после массового вымирания 66 миллионов лет назад лишь одна из этих групп, ставшая предком современных птиц.
Ранняя птица следует правилу
Исследовав 127 видов тероподов, ученые обнаружили, что 95% клювов и морд тероподов подчиняются правилу степенного каскада.
С помощью компьютерного моделирования и эволюционного анализа было показано, что предковый теропод, скорее всего, имел зубчатую морду, рост которой описывался этим правилом. Это позволяет предположить, что правило описывает рост не только клювов и морд тероподов, но, возможно, и морд всех позвоночных: млекопитающих, рептилий и рыб.
Последователи правила и нарушители
Пережив массовое вымирание, птицы пережили период невероятных изменений. Их клювы адаптировались к самым разным способам питания: поеданию фруктов, ловле насекомых, разрыванию мяса, сбору нектара. Большинство из них следует правилу степенного каскада.
Однако есть и редкие нарушители. Один из них — евразийская колпица, чей высокоспециализированный клюв помогает ей просеивать ил в поисках водной живности. Вероятно, ее уникальный способ питания привел к нарушению общего правила.
Наличие таких нарушителей, как колпица, лишь подчеркивает информативность правила степенного каскада. Большинство клювов растет по этому правилу и может обслуживать большинство стилей питания. Но иногда «чудаки» ломают правило, чтобы поймать свою особую «добычу».
Следующий большой шаг в исследовании — изучение того, как клювы птиц растут от птенца до взрослой особи. Если степенной каскад действительно является фундаментальным правилом роста, его, вероятно, можно будет обнаружить и во многих других формах на древе жизни.