Univerzálny vzorec rastu v prírode ovplyvňuje tvar zobákov, zubov, rohov či mušlí. Je možné, že mu podliehajú aj naše nosy.
Evolučné premeny zahŕňali stratu zubov a predĺženie papule do tvaru zobáka. Zdroj: iStockphotos.com. Autor: Warpaintcobra
Jednoduché matematické pravidlo nazývané mocninový kaskádový rast (power cascade) vysvetľuje, ako sa vyvíjajú špicaté štruktúry v prírode vrátane zobákov vtákov a dinosaurov.
Výsledky štúdie boli publikované v časopise iScience.
Nájsť univerzálne pravidlá v biológii je zriedkavé a ťažké a zdá sa, že existuje len málo prípadov, keď sú fyzikálne zákony také všadeprítomné vo všetkých organizmoch.
Čo je mocninový kaskádový rast?
Ide o matematický vzorec, ktorý opisuje, ako sa šírka špicatej štruktúry (napríklad zobáka) plynulo rozširuje od hrotu smerom k základni. Tento princíp sa ukázal univerzálny pre rôzne biologické útvary, ako sú zuby, rohy, kopytá, mušle či zobáky.
Štúdiom zobákov v kontexte tohto matematického pravidla môžeme pochopiť, ako sa tváre vtákov a iných dinosaurov vyvíjali v trvaní 200 miliónov rokov. Môžeme zistiť aj to, prečo je možné tieto pravidlá v zriedkavých prípadoch porušiť.
Pelikány. Zdroj: iStock/Violetastock
Dinosaury a moderné vtáky
Výskum ukázal, že pri teropódnych dinosauroch (skupine zahŕňajúcej aj tyranosaura) sa zobáky vyvinuli nezávisle najmenej šesťkrát. Evolučné premeny zahŕňali stratu zubov a predĺženie papule do tvaru zobáka. Z týchto skupín prežili masové vymieranie pred 66 miliónmi rokov len predkovia dnešných vtákov.
Analýza 127 druhov teropódov ukázala, že približne 95 percent ich zobákov a papúľ spĺňa pravidlo mocninového kaskádového rastu. Aj pri moderných vtákoch sa väčšina zobákov vyvíja podľa tohto princípu, prispôsobujúc sa rôznym ekologickým výzvam od lovu hmyzu po cucanie nektáru.
Vedci uskutočnili analýzu pomocou najmodernejších evolučných analýz prostredníctvom počítačového modelovania. Výskum navyše naznačuje, že mocninový kaskádový rast opisuje rast nielen zobákov a papúľ teropódov, ale možno aj papúľ všetkých stavovcov: cicavcov, plazov a rýb.
Lyžičiar ružovonohý. Zdroj: iStock/Adam Bartosik
Výnimky z pravidla
Po prežití masového vymierania prešli vtáky obdobím neuveriteľných zmien. Vtáky teraz žijú po celom svete a ich zobáky odrážajú odlišné spôsoby života. Niektoré tvary zobákov sú prispôsobené na drvenie ovocia, iné na chytanie hmyzu, ďalšie sa viac hodia na trhanie mäsa či cucanie nektáru. Väčšina z nich sa riadi pravidlom mocninového kaskádového rastu.
Matematickému pravidlu však vzdoruje napríklad lyžičiar so špeciálnym tvarom zobáka prispôsobeným na preosievanie bahna.
Čo ďalej?
Teraz, keď vieme, že väčšina vtáčích a dinosaurích zobákov podlieha pravidlu mocninového kaskádového rastu, ďalším veľkým krokom vo výskume vedcov bude zistiť, ako vtáčie zobáky rastú pri vývoji mláďaťa na dospelého jedinca.
Ak je mocninový kaskádový rast skutočne základným pravidlom rastu vtáčích zobákov, môžeme očakávať, že sa skrýva v mnohých iných formách na strome života.
Zdroj: ScienceAlert, iScience
