Новое исследование, в котором использовано передовое 3D-моделирование, подтвердило, что акулы почти идеально следуют «закону масштабирования двух третей». Это открытие может изменить наше понимание биологии в царстве животных.
Исследование подтвердило: когда дело касается размера тела, акулы подчиняются правилам
Учёные более века опирались на теорию, которая предсказывает, как площадь поверхности и объём тела животного изменяются в зависимости от его размера.
Исследователи из Университета Джеймса Кука (JCU) и Массачусетского университета использовали передовые методы 3D-моделирования, чтобы подтвердить эту теорию на примере акул — одних из самых знаковых хищников океана. Статья опубликована в журнале Royal Society Open Science.
«Мы обнаружили, что акулы почти идеально следуют так называемому „закону масштабирования двух третей“», — сказал Джоэл Гейфорд, кандидат наук в JCU и ведущий автор исследования. «Этот закон помогает объяснить, как животные обмениваются теплом, энергией и кислородом с окружающей средой, поэтому подтверждение его действия у полноценных животных, а не только у клеток, имеет большое значение».
Команда создала цифровые модели форм тела 54 видов акул с помощью 3D-сканирований высокого разрешения в сотрудничестве с художником по компьютерной графике Джонсоном Мартином. Эти сканы позволили исследователям точно измерить площадь поверхности и объём, предоставив редкую информацию о том, как форма тела влияет на физиологию.
«Это соотношение фундаментально, — сказала профессор морской биологии JCU доктор Джоди Раммер, соавтор исследования. — Оно лежит в основе того, как животные дышат, регулируют температуру и перерабатывают отходы. И теперь мы впервые показали, что оно верно для таких сложных и разнообразных животных, как акулы».
Чтобы тщательно проверить правило, команда использовала филогенетическую регрессию — статистический метод, учитывающий эволюционные взаимоотношения. Было обнаружено, что площадь поверхности тела акулы пропорциональна объёму, возведённому в степень 0,64. Это всего на 3% отличается от теоретического прогноза в 0,67.
«Это замечательно, — сказала профессор Раммер. — Это говорит о том, что акулы эволюционировали, чтобы придерживаться этого соотношения, возможно, потому, что отклонение от него слишком затратно или ограничено ранним развитием».
Действительно, команда считает, что эволюционные и онтогенетические ограничения могут объяснить, почему акулы из совершенно разных сред обитания и образа жизни всё ещё подчиняются одному и тому же правилу масштабирования.
«Изменение распределения тканей по всему телу может потребовать серьёзных изменений на ранних этапах эмбрионального развития — а это энергетически затратно», — сказал Гейфорд.
Важно отметить, что эти результаты имеют практическое применение. «Соотношение площади поверхности к объёму является ключевым параметром в уравнениях, используемых для моделирования того, как животные реагируют на изменение климата, например, как быстро они регулируют температуру тела или насколько эффективно они используют кислород», — сказал Гейфорд. «Теперь мы можем использовать эти уравнения с гораздо большей уверенностью в отношении акул и других крупных животных».
Исследование подчёркивает, как современные технологии визуализации и цифровое моделирование могут ответить на вечные биологические вопросы.
Предоставлено Университетом Джеймса Кука.