3D-модели показали, что акулы следуют одному биофизическому закону
Что может быть общего между гигантской китовой акулой, медленно фильтрующей планктон, и стремительной белой акулой, охотящейся на тюленей? На первый взгляд — почти ничего. Они разные по размеру, питанию, стилю жизни и даже обитанию. Но у всех этих созданий, как выяснили учёные, есть одна удивительная общая черта — строгая подчинённость фундаментальному закону природы.
Недавнее международное исследование показало: все акулы, вне зависимости от вида, размера или экологии, живут в соответствии с так называемым "законом масштабирования в две трети". Это простое на вид правило на деле объясняет, как устроена жизнь — не только у акул, но и у других организмов.
Что такое закон двух третей
Представим кубик сахара. Его объём увеличивается в кубе, а площадь поверхности — в квадрате. Если сделать куб в десять раз больше, его объём вырастет в тысячу раз, а поверхность — только в сто. Этот дисбаланс и составляет суть "закона двух третей": с ростом тела площадь поверхности растёт медленнее, чем объём.
Для животных это означает: чем больше организм, тем сложнее ему, например, отдавать тепло или поглощать кислород через кожу или жабры. Поверхность — это связь с внешним миром, а объём — это то, что нужно снабжать. Этот баланс и определяет, насколько эффективен и жизнеспособен организм.
Акулы под линейкой: от ската до гиганта
Учёные из Австралии и США решили проверить: действительно ли акулы — такие разные снаружи — подчиняются единому геометрическому закону. И вместо того чтобы бегать за акулами с линейкой и рулеткой, они создали цифровые 3D-модели 54 видов. Над этим трудились биологи, инженеры и художники по компьютерной графике. Каждая складка тела, каждый плавник были оцифрованы с ювелирной точностью.
"Это исследование — настоящее слияние биологии и цифровых технологий", — подчеркнула одна из авторов работы профессор Джоди Раммер.
Чтобы исключить влияние родственных связей между видами, команда применила сложную статистику — филогенетическую регрессию. Это позволило проанализировать именно биологический принцип, а не семейное сходство.
Теория подтвердились с поразительной точностью
Согласно классическому закону, площадь поверхности должна быть пропорциональна объёму в степени 0,67. У акул получилось… 0,64. Это отклонение всего на 3%. Биологи называют такой результат почти идеальным совпадением с теоретической моделью.
"Нас поразило, насколько точно природа следует этому правилу", — рассказала профессор Раммер.
По сути, акулы всех форм и размеров — от миниатюрных светящихся глубоководных видов до огромных китовых — созданы по одному математическому лекалу. И это лекало обеспечивает им устойчивость и эффективность в самых разных условиях океана.
Почему акулы не могут нарушить правило
Казалось бы, эволюция могла создать вид с другим соотношением массы и поверхности — более приспособленным к экстремальным условиям. Но на деле это практически невозможно. Любая серьёзная перестройка "чертежа" тела потребовала бы изменения всех биологических процессов уже на стадии эмбриона. А это не только риск, но и колоссальные энергетические затраты.
"Отклониться от закона слишком дорого в смысле эволюционной цены", — пояснили авторы исследования.
Проще говоря, эволюция нашла универсальное решение — и закрепила его миллионами лет естественного отбора.
Почему это важно для нас
Понимание таких базовых законов имеет не только академический интерес. Оно помогает предсказывать, как изменится поведение животных в условиях глобального потепления. Например, можно моделировать, насколько быстро будет перегреваться акула в тёплой воде или как изменится её способность добывать кислород.
Теперь у учёных есть надёжная математическая модель, на основе которой можно строить климатические прогнозы и разрабатывать меры охраны морской фауны.
"Эта работа закладывает фундамент для новых экологических моделей и решений в области защиты океанов", — считают специалисты.
Гармония под водой
Когда вы в следующий раз увидите в документалке стремительную акулу или медлительного гиганта, знайте: несмотря на все различия, их объединяет невидимая сила — строгая геометрия жизни. Эта скрытая гармония, о которой нам напомнило современное исследование, делает океан ещё более удивительным и целостным миром.
Уточнения
Аку́лы (лат. Selachii) — надотряд хрящевых рыб (Chondrichthyes), относящийся к подклассу пластиножаберных (Elasmobranchii) и обладающий следующими отличительными особенностями: удлинённое тело более или менее торпедообразной формы, большой гетероцеркальный хвостовой плавник, обычно много острых зубов на каждой челюсти.