Мелкие птицы обладают разнообразием стилей полёта благодаря эволюционному преимуществу

Мелкие птицы освоили широкий спектр стилей полёта: от зависания колибри до прерывистого полёта воробьёв и парения стрижей и ласточек. Новое исследование Корнеллского университета может объяснить причину.

Исследователи обнаружили, что несущие нагрузку кости в крыльях мелких птиц могут эволюционировать более свободно, чем у крупных птиц, поскольку последние должны сопротивляться более высоким механическим напряжениям в скелете.

"Эволюция пропорций крыла более жёстко ограничена у крупных птиц, которые функционируют при больших механических напряжениях", — сказал ведущий автор Эндрю Оркни, постдок в лаборатории соавтора Брэндона Хедрика, доцента биомедицинских наук.

Их исследование, опубликованное в Nature Communications, имеет потенциальные последствия для биологического понимания эволюции животных в целом, а не только птиц.

"Мы обнаружили, что крупные птицы должны изменять разные скелетные компоненты своих крыльев одновременно, а не иметь возможность эволюционировать части крыла независимо", — сказал Хедрик. "Изменить небольшую часть крыла проще, чем всё крыло. Возможно, более крупные животные в целом менее способны к быстрой эволюции и освоению новых ниш".

Птицы различаются по массе тела в 10 000 раз, что делает их отличной модельной системой для изучения этого более широкого вопроса у животных. Среди птиц это может объяснять особый эволюционный успех мелких линий. Например, из 11 000 видов птиц около 6 500 — это певчие птицы, которые обычно мелкие.

"Колибри — тоже очень успешная и мелкая группа, но ничто не сравнится по успеху с певчими птицами среди всех птиц", — отметил Хедрик.

Исследователи использовали ранее опубликованные открытые наборы данных точных измерений, собранных с 228 микро-КТ-сканированных скелетов птиц. На каждой кости были отмечены ориентиры. Используя этот архив, Оркни и Хедрик применили статистические методы для оценки степени, в которой разные кости эволюционируют либо совместно, либо независимо друг от друга на филогенетическом древе птиц — это известно как их эволюционная "интеграция".

В будущей работе исследователи планируют изучить, как изменения в грудной клетке и брюшной полости взаимодействуют с крылом у мелких птиц; отличается ли структура интеграции у птиц, способных летать сразу после вылупления, и у птенцовых птиц; а также следуют ли летучие мыши, которые развили полёт независимо от птиц, аналогичным эволюционным правилам или же существует несколько способов организовать летающее позвоночное.