Всі акули, незалежно від їхньої форми та розміру, підпорядковуються одному давньому принципу: про що йдеться.

Акули вражають різноманіттям форм і габаритів — від маленьких, що світяться в морських глибинах та мають розмір з людську долоню, до величезних китових акул, які можуть досягати розмірів автобуса і плавають у тропічних водах. Проте, як з'ясували дослідники, всі ці істоти підпорядковуються одному давньому математичному принципу.

Незважаючи на різноманітність форм і розмірів, всі акули мають спільну ключову проблему: як оптимально забезпечити киснем, теплом і поживними речовинами кожну частину свого організму. У нещодавньому дослідженні науковці виявили, яким чином їм вдається вирішити це завдання. Результати роботи опубліковані в журналі Royal Society Open Science, про що повідомляє The Conversation.

Нещодавнє дослідження показало, що акули слідують давньому математичному принципу, відомому як закон двох третин, який описує, як форма їхнього тіла змінюється в залежності від розміру. Це відкриття проливає світло на механізми еволюції та підкреслює важливість розміру в природі.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Головна концепція має математичний характер: площа поверхні зростає пропорційно квадрату довжини об'єкта, тоді як об'єм збільшується пропорційно кубу. Іншими словами, площа поверхні зростає повільніше, ніж об'єм, і співвідношення між цими величинами є критично важливим для багатьох біологічних процесів, оскільки воно зменшується з наростанням розміру.

Це має велике значення, адже численні ключові життєві процеси здійснюються на поверхні: наприклад, газообмін у легенях або зябрах, який забезпечує поглинання кисню та виведення вуглекислого газу, а також втрата тепла через шкіру та засвоєння поживних речовин у кишечнику.

Ці процеси залежать від площі поверхні, тоді як вимоги, які вони мають виконувати, наприклад, найважливіше завдання забезпечення організму киснем, залежать від об'єму. У результаті співвідношення площі поверхні до об'єму визначає те, як саме функціонують тварини. Цікаво, що це правило, попри свою центральну роль у біології, було ретельно перевірено лише на клітинах, тканинах і невеликих організмах, наприклад, комах. Але все змінилося.

Акули можуть здатися неочевидними претендентами для перевірки старої математичної теорії, але насправді вони ідеальні.

По-перше, ця категорія тварин представляє широкий спектр розмірів. По-друге, акули демонструють вражаюче різноманіття форм і способів існування. Додатково, ці істоти є харизматичними, мають важливе екологічне значення і все частіше опиняються під загрозою зникнення. Вивчення їхньої біології має не лише наукову цінність, але й критичне значення для охорони навколишнього середовища.

У ході дослідження науковці застосували 3D-моделі з високою роздільною здатністю для цифрового аналізу площі поверхні та об'єму 54 видів акул. Варто зазначити, що ці моделі були виготовлені на основі відкритих КТ-сканів і фотограмметрії. Раніше ці технології переважно використовувалися у світі відеоігор та візуальних ефектів, а не в біологічних науках.

Науковці модернізували моделі в Blender, потужному програмному засобі для створення 3D-графіки, та отримали дані про поверхню і об'єм для кожного виду. Після цього команда застосувала філогенетичну регресію — статистичний підхід, що враховує спільну еволюційну історію. Цей метод дозволив дослідникам оцінити, наскільки точно форми акул відповідають прогнозам, сформульованим у правилі двох третин.

Результати дослідження виявилися вражаючими: з'ясувалося, що акули майже ідеально слідують правилу масштабування двох третин, при цьому співвідношення площі поверхні до об'єму тіла становить 0,64, що лише на 3% відрізняється від теоретичного значення 0,67. Ці дані свідчать про те, що за цим явищем криється щось глибше: незважаючи на різноманіття розмірів, форм та середовищ існування, акули, здається, дотримуються одного й того ж давнього математичного принципу.

Згідно з думкою дослідників, одне з можливих пояснень полягає в тому, що обмеження, які впливають на ріст і розвиток тварин у ранньому віці, ускладнюють та роблять занадто витратним для акул відхилення від певних математичних закономірностей. Вчені вважають, що зміна співвідношення між площею поверхні та об'ємом може вимагати значних перебудов у розподілі тканин під час ембріонального розвитку, чого еволюція, як видається, намагається уникати, якщо це не є критично необхідним.

Раніше в журналі Фокус було опубліковано матеріал про те, що акулі загрожує смерть, якщо вона перестане рухатися. Вчені пояснили, чи це відповідає дійсності.