Исследователи выяснили, как у животных отрастают заостренные части тела

Междисциплинарная команда ученых из Университета Монаш открыла новое универсальное правило биологического роста, которое объясняет удивительное сходство форм острых структур на древе жизни, включая зубы, рога, когти, клювы, панцири животных и даже шипы и колючки растений.

Животные и растения часто растут по определенным схемам, подобно логарифмическим спиралям, следующим за золотым сечением. Существуют очень простые процессы, которые генерируют эти паттерны — логарифмическая спираль получается, когда одна сторона структуры растет быстрее другой при постоянном соотношении. Мы можем назвать это «правилами роста», и они помогают нам понять, почему организмы имеют определенные формы.

В новом исследовании, опубликованном в BMC Biology, исследовательская группа демонстрирует новое правило, называемое «каскадом мощности», основанное на том, как форма «каскадирует», следуя степенному закону.

Когда бивень слона становится длиннее, он становится шире с очень определенной скоростью, следуя «степенному закону» — математической модели, где существует прямая зависимость между логарифмом ширины и длины зуба. Законы присутствуют во всей природе, например, в магнитудах землетрясений, размерах городов и движении фондового рынка.

Эта модель применима ко многим животным, в зубах гигантских акул, тираннозавров, мамонтов и даже людей. Примечательно, что этот степенной закон работает для когтей, копыт, рогов, паучьих клыков, раковин улиток, рогов и клювов млекопитающих, птиц и динозавров. Помимо животных, команда также наблюдала его в шипах розового куста и лимонного дерева.

Исследовательскую группу возглавлял профессор Алистер Эванс из Школы биологических наук Университета Монаша. «Разнообразие животных и даже растений, которые следуют этому правилу, поражает», — говорит Алистер Эванс.

«Мы были весьма шокированы тем, что нашли его почти везде, где мы смотрели — в современных животных и тех, которые вымерли в течение миллионов лет.»

Новый паттерн развивает идеи анатома, физика и математика Кристофера Рена, проектировщика лондонского собора Святого Павла. В 1659 году Кристофер Рен предположил, что раковина улитки может быть конусом, скрученным в логарифмическую спираль. Новое исследование показывает, что раковины и другие формы, такие как зубы и рога, на самом деле являются формой каскада мощности (называемой «силовым конусом»).

«Это новое правило — недостающая часть 350-летней головоломки о том, как растут животные и их части», — говорит Алистер Эванс.

«Поскольку так много структур следуют этой модели роста, мы можем использовать ее для предсказания вероятной модели эволюции. Всякий раз, когда у животных развиваются зубы, рога или когти, кажется наиболее вероятным, что они будут иметь такую форму. Это даже позволяет нам предсказать, как будут выглядеть мифические животные, если они будут следовать тем же закономерностям природы.»

«Теперь мы можем знать, как будут выглядеть драконы из «Игры престолов» и фантастические звери из «Гарри Поттера».

BMC Biology (2021). DOI: 10.1186/s12915-021-00990-w