Разнообразие клювов у птиц огромно — от соломиноподобного клюва колибри до режущего, как нож, клюва орла. Однако, недавно ученые выяснили, за этим невероятным разнообразием скрывается математическая закономерность, которая управляет ростом и формой клюва почти у всех ныне живущих птиц. Более того, это правило также описывает форму клюва у давно исчезнувших предков птиц — динозавров. Исследование опубликовано в журнале iScience, о нем рассказывает Сonversation.
Найти универсальные правила в биологии сложно. Однако, когда такое правило обнаруживается, оно становится мощным объяснением.
Авторы недавного исследования вывели простое математическое правило, которое определяет, как ширина заостренной структуры, такой как клюв, меняется от кончика к основанию. Это «степенной закон» — прямолинейная зависимость между шириной и длиной зуба/клюва/рога, если взять логарифм этих измерений. Поверхность зуба уменьшается каскадно — закономерность назвали «каскадом силы».
Оказалось, что каскад силы может объяснить форму клювов птиц и других динозавров. У некоторых динозавров (например, у похожего на эму динозавра орнитомима) зубов не было, а были клювы. У теропод (к этой группепринадлежал т-рекс), клювы в ходе эволюции появлялись независимо как минимум шесть раз. Однако только одна группа этих динозавров пережила массовое вымирание 66 миллионов лет назад. Эти динозавры в итоге стали современными птицами.
Для изучения правила каскада силы исследовали 127 видов теропод. Мы обнаружили, что 95% клювов и морд тероподов следуют этому правилу.
Компьютерное моделирование показало, что предок теропод, вероятнее всего, имел зубастую морду, следовавшую правилу каскада силы. Это позволяет предположить, что каскад силы описывает рост не только клювов и морд тероподов, но, возможно, и морд всех позвоночных: млекопитающих, рептилий и рыб.
Хотя это редкость, но несколько птиц оказались нарушителями правила. Одна из них — колпица. Специализированный клюв помогает ей процеживать ил и воду. Возможно, причина нарушения общего правила — ее уникальный стиль кормления.
«Если каскад силы действительно является основополагающим правилом роста клювов, мы можем ожидать, что найдем его в самых разных формах на дереве жизни», — пишут авторы.