Zoblení ptáků přicházejí téměř ve všech tvarech a velikosti-od slaměného zobáku kolibříku po krájení, zobák orel podobný nožům.
Zjistili jsme však, že tato neuvěřitelná rozmanitost je podložena skrytým matematickým pravidlem, které upravuje růst a tvar zobáků u téměř všech živých ptáků.
A co víc, toto pravidlo dokonce popisuje tvar zobáku u dlouhodobých předků ptáků-dinosaurů. Jsme nadšeni, že můžeme sdílet naše zjištění, nyní publikovaná v časopise Iscience.
Studováním zobáků ve světle tohoto matematického pravidla můžeme pochopit, jak se tváře ptáků a dalších dinosaurů vyvinuly po dobu 200 milionů let. Můžeme také zjistit, proč mohou být tato pravidla ve vzácných případech porušena.
Když příroda dodržuje pravidla
Nalezení univerzálních pravidel v biologii je vzácná a obtížná – zdá se, že existuje jen málo případů, kdy jsou fyzické zákony tak všudypřítomné napříč všemi organismy.
Ale když najdeme pravidlo, je to mocný způsob, jak vysvětlit vzorce, které vidíme v přírodě. Náš tým dříve objevil nové pravidlo biologie, které vysvětluje tvar a růst mnoha špičatých struktur, včetně zubů, rohů, kopyt, skořápek a samozřejmě zobáků.
Toto jednoduché matematické pravidlo zachycuje, jak se šířka špičaté struktury, jako zobák, rozšiřuje ze špičky na základnu. Toto pravidlo nazýváme „Power Cascade“.
Po tomto objevu jsme se velmi zajímali o to, jak by moci kaskáda mohl vysvětlit tvar ptáků a dalších dinosaurů.
Jak čenichové a zobáky theropodů sledují pravidlo růstu power kaskády. | Foto kredit: Garland et al., Iscience 2025
Dinosauři dostali své zobáky více než jednou
Většina dinosaurů, jako Tyrannosaurus Rexmít robustní čenich s špičatými zuby. Ale někteří dinosauři (jako dinosaurus podobný emu Ornithomimus edmontonicus) neměl vůbec žádné zuby a místo toho měl zobáky.
V The Theropods, skupina dinosaurů T. Rex patřil k, zobáky se vyvinuly nejméně šestkrát. Pokaždé, zuby byly ztraceny a čenich se natahoval do tvaru zobáku po dobu milionů let.
Ale pouze jedna z těchto bezvadných dinosaurových skupin přežila událost hromadného vyhynutí před 66 miliony let. Tito přeživší se nakonec stali našimi moderními ptáky.
Časný pták zachytí pravidlo
Abychom prozkoumali pravidlo růstu, prozkoumali jsme 127 druhů teropodů. Zjistili jsme, že toto pravidlo následuje 95% zobáků Theropodu a čenichu.
Pomocí nejmodernějších evolučních analýz prostřednictvím počítačového modelování jsme prokázali, že rodový teropod s největší pravděpodobností měl ozubený čenich, který následoval po pravidlech kaskády.
Vzrušeně to naznačuje, že Power Cascade popisuje růst nejen zobáků a čenich Theropodu, ale možná i čenichu všech obratlovců: savci, plazi a ryby.
Evoluční strom ukazující, jak zobáky Theropodu a čenichy sledují power kaskádu po celou dobu jejich vývoje. | Foto kredit: Garland et al., Iscience 2025
Sledující pravidla a jističe
Poté, co přežili hromadné vyhynutí, prošli ptáci období neuvěřitelné změny. Ptáci nyní žijí po celém světě a jejich zobáky jsou na každém místě přizpůsobeny velmi zvláštním způsobem.
Vidíme tvary zobáku pro konzumaci ovoce, síťování hmyzu, piercingu a roztržení masa a dokonce popíjení nektaru. Většina se řídí pravidlem růstu power kaskády.
Všechny tyto zdivo ptáky sledují pravidlo růstu power kaskády, přestože byly používány pro velmi odlišné účely: východní Osprey, euroasijský Hoopoe, obyčejný pštros a barový ocasný Godwit. | Fotografický kredit: Phill Wall, Giles Laurent, Diego Delso, JJ Harrison (CC by-SA)
Zatímco vzácné, několik ptáků, které jsme studovali, byli zločinci pravidel. Jedním z takových pravidel je euroasijská Spoonbill, jehož vysoce specializovaný tvar zobáku pomáhá procházet bahnem, aby zachytil vodní život. Možná jeho jedinečný styl krmení vedl k tomu, že porušil toto společné pravidlo.
Nejsme vůbec naštvaní o porušování pravidel, jako je Spoonbill. Naopak to dále zdůrazňuje, jak informativní je mocenská kaskáda skutečně. Většina z ptačích zobáků roste podle našeho pravidla a tyto zobáky se mohou postarat o většinu stylů krmení.
Ale občas oddbali, jako je Spoonbill, rozbijí pravidlo růstu Power Cascade, aby zachytily své speciální „červy“.
Nyní, když víme, že většina zobáků ptáků a dinosaurů sleduje Power Cascade, dalším velkým krokem v našem výzkumu je studovat, jak ptáci rostou z kuřat na dospělé.
Pokud je kaskáda Power skutečně základním pravidlem růstu v ptácích, můžeme očekávat, že se skrývá v mnoha jiných formách napříč stromem života.
Kathleen Garland je PhD kandidát a Alistair Evans je profesorem, oba ve škole biologických věd, Monash University. Tento článek je znovu publikován z Konverzace.
Publikováno – 2. května 2025 14:45
