Ответ на тот вопрос может помочь объяснить, как развитые птицы и решают старую тайну в естествознании.Международная команда ученых во главе с исследователями в Гарварде и Принстонских университетах, с коллегами в Великобритании, Израиле и Сингапуре, проявила количественный подход к этому вопросу. Используя методы и идеи от математики, физики и биологии, они характеризовали форму яиц приблизительно от 1 400 видов птиц и разработали модель, которая объясняет, как мембрана яйца определяет свою форму.
Используя эволюционную структуру, исследователи нашли, что форма яйца коррелирует со способностью к полету, предполагая, что адаптация к полету, возможно, была критически настроенными водителями изменения формы яйца у птиц.Исследование издано в Науке.
«Наше исследование проявило объединенный подход к пониманию формы яйца, задав три вопроса: как определить количество формы яйца и обеспечить основание для сравнения форм через разновидности, что является биофизическими механизмами, которые определяют форму яйца, и что является последствиями формы яйца в эволюционном и экологическом урегулировании», сказал ведущий автор, Л. Мэхэдевэн, профессор Лолы Энгланд де Вальпине Прикладной Математики в Школе Джона А. Полсона Технических и прикладных наук (МОРЯ), профессор Organismic и Evolutionary Biology, и Физики в Гарварде. «Мы показали, что формы яйца варьируются гладко через разновидности, что они определены мембранными свойствами, а не раковиной, и наконец что есть сильная корреляция, связывающая птиц, у которых есть яйца, которые являются эллиптическими и асимметричными с сильной способностью к полету, последними реальное удивление».Mahadevan – также Основной Преподаватель Института Wyss Биовдохновленной Разработки в Гарвардском университете.Исследователи начали, готовя форму – как определено асимметрией от полюса к полюсу и эллиптичностью – приблизительно 50 000 яиц, представляя 14 процентов разновидностей в 35 заказах, включая два потухших заказа.Исследователи нашли, что форма яйца была континуумом – со многим перекрыванием разновидностей.
Формы расположились от почти совершенно сферических яиц до яиц конической формы.Так, как этот разнообразный спектр форм сформирован?
Исследователи давно знали о том яйце, мембраны играют важную роль в форме яйца – в конце концов, если раковина яйца расторгнута в умеренной кислоте, как уксус, яйцо на самом деле поддерживает свою форму. Но как делают свойства мембраны способствуют форме?Думайте о воздушном шаре, сказал Мэхэдевэн. Если воздушный шар будет однородно массивен и сделан из одного материала, это будет сферически, когда раздуто.
Но если это не однородно, вся манера форм может быть получена.«Управляемый наблюдениями, которые показывают, что мембранная толщина варьируется от полюса полюсу, мы построили математическую модель, которая полагает, что яйцо герметичная упругая раковина, которая выращивает и показала, что мы можем захватить весь диапазон форм яйца, наблюдаемых по своей природе», сказал Мэхэдевэн.Изменения формы прибывают из изменения в толщине мембраны и свойствах материала и отношении дифференциального давления к эластичности мембраны.
Следующий вопрос, как эти формы связаны с функцией птицы?Исследователи посмотрели на корреляции между формой яйца и чертами, связанными с видами птицы, включая тип гнезда и местоположение, размер сцепления (количество яиц, отложенных за один раз), диета и способность к полету.
«Мы обнаружили, что полет может влиять на форму яйца», сказала ведущий автор Мэри Кэзуэлл Стоббард, доцент Экологии и Эволюционной Биологии в Принстонском университете и бывшем Младшем Товарище в Обществе Гарварда Товарищей. «Чтобы поддержать гладкие и оптимизированные тела для полета, птицы, кажется, откладывают яйца, которые являются более асимметричными или эллиптическими. С этими формами яйца птицы могут максимизировать объем яйца, не увеличивая ширину яйца – это – преимущество в узких маточных трубах».Таким образом, альбатрос и колибри, в то время как две совсем других птицы, возможно, развили яйца подобной формы, потому что оба – мощные летчики.«Ясно из нашего исследования, что изменение в размере и форме яиц птицы не просто случайно, но вместо этого связано с различиями в экологии, включая количество кальция в диете, и особенно степень, до которой каждая разновидность разработана для сильного полета,» говорит соавтор доктор Йозеф Тобиас из Имперского Колледжа, Великобритания.
Затем, исследователи надеются наблюдать процесс наложения яйца в режиме реального времени, сравнить его с и усовершенствовать их модель.Данная статья была создана в соавторстве Э. Х. Ёном, Д. Аккейнэком и К. Ширдом.
Главные источники финансирования для этой работы включают Принстонский университет, L’Ore? al США Для Женщин в Научном Товариществе, Обществе Гарварда Товарищей, Фонде Милтона, Наньянском технологическом университете, Оксфордском Фонде Кларандона, Комиссии Fulbright, Совете по исследованию окружающей среды, Фонде Макартура и Учреждении Рэдклиффа.