Что ограничивает размер птиц?

Почему птицы не становятся крупнее? Рекорд по размеру среди летающих птиц принадлежит 15-килограммовым лебедям, хотя вымерший аргентавис из миоценовой эпохи в Аргентине, по оценкам, весил 70 кг — как средний человек. В готовящейся к публикации статье в PLoS Biology Зиверт Ровер и его коллеги из Музея Берка при Вашингтонском университете приводят доказательства, что максимальный размер тела птиц ограничен временем, необходимым для замены маховых перьев во время линьки. С увеличением размера птицы скорость роста пера перестаёт успевать за его длиной, и в итоге перья изнашиваются раньше, чем их можно заменить. Это фундаментальное соотношение требует кардинальных изменений в стратегии линьки с увеличением размера, что в конечном счёте и ограничивает размер летающих птиц.

Перья изнашиваются из-за постоянного воздействия ультрафиолетового света и бактериального разложения и должны периодически заменяться для поддержания адекватной аэродинамической поддержки в полёте. Мелкие птицы делают это во время ежегодной или дважды в годовой линьки, в ходе которой 9 или 10 первостепенных маховых перьев заменяются последовательно, примерно по три недели на каждое перо. Крупным видам птиц нужны иные подходы к замене перьев. Они включают несколько альтернативных стратегий: растягивание общей линьки на два или даже три года; одновременная замена нескольких перьев из разных точек начала линьки в последовательности перьев; и, у видов, которым не требуется полёт для добычи пищи или спасения от врагов (например, уток и гусей), одновременная замена всех перьев.

С увеличением размера тела длина маховых перьев возрастает пропорционально массе в степени 1/3, примерно удваиваясь с каждым 10-кратным увеличением массы. Однако скорость роста пера увеличивается только как масса в степени 1/6, что означает, что время, необходимое для замены каждого пера, увеличивается примерно в 1,5 раза с каждым 10-кратным увеличением массы. В итоге для замены одного махового пера у 10-килограммовой птицы требуется 56 дней. Причина этого несоответствия неизвестна, но авторы предполагают, что она, вероятно, связана с геометрией производства двумерной структуры пера из одномерной зоны роста в стержне пера.

Птичье перо — одна из самых поразительных адаптаций в животном мире, и при этом динамика его роста плохо изучена. Возможно, более быстрый рост пера мог бы быть достигнут за счёт увеличения зоны роста, но это также могло бы ослабить структуру растущего пера, приводя к частым поломкам у крупных птиц. Понимание инженерных сложностей растущего пера потребует дальнейшего изучения динамики и структуры зоны роста. А что насчёт аргентависа? Авторы предполагают, что эта гигантская птица, скорее всего, линяла, сбрасывая все перья одновременно во время длительной голодовки, подпитываемой накопленными жировыми запасами, — подобно тому, как это делают сегодня императорские пингвины.