تصاویر؛ راز ریاضی منقارها: قانون پنهانی که ۲۰۰ میلیون سال تکامل را شکل داده است

منقار پرندگان در تقریباً هر شکل و اندازه‌ای وجود دارد: از منقار نی‌مانند مرغ مگس‌خوار تا منقار تیز و چاقومانند عقاب.

بااین‌حال، پژوهشگران در مطالعه‌ای تازه دریافته‌اند که این تنوع شگفت‌انگیز بر پایه یک قانون ریاضی پنهان است که رشد و شکل منقارها را در تقریباً تمام پرندگان زنده تنظیم می‌کند. به علاوه این قانون حتی شکل منقار در نیاکان از بین‌رفته‌ی پرندگان، یعنی دایناسورها را نیز توصیف می‌کند.

با بررسی منقارها از دیدگاه این قانون ریاضی، می‌توانیم درک کنیم که چگونه چهره پرندگان و دیگر دایناسورها طی ۲۰۰ میلیون سال تکامل یافته‌اند. همچنین متوجه می‌شویم که چرا در برخی موارد نادر این قوانین شکسته می‌شوند.

یافتن قوانین جهانی در زیست‌شناسی کمیاب و دشوار است. به نظر می‌رسد که در نمونه‌های اندکی، قوانین فیزیکی به‌طور گسترده‌ای بر تمام موجودات حاکم هستند؛ اما یافتن یک قانون می‌تواند به معنی روشی قدرتمند برای توصیف الگوهای طبیعت باشد. پژوهشگرها قبلا قانونی جدید در زیست‌شناسی کشف کرده‌اند که شکل و رشد بسیاری از ساختارهای نوک‌تیز ازجمله دندان‌ها، شاخ‌ها، سم‌ها، صدف‌ها و البته منقارها را توضیح می‌دهد.

قانون ریاضی مورد بحث که آبشار توانی (Power Cascade) نامیده می‌شود، نشان می‌دهد که چگونه عرض یک ساختار نوک‌تیز، مانند منقار، از نوک تا پایه گسترش می‌یابد. پس‌ازاین کشف، پژوهشگرها علاقه‌مند شدند که ببینند چگونه قانون آبشار توانی می‌تواند شکل منقار پرندگان و سایر دایناسورها را توضیح دهد.

چگونه پوزه‌ها و منقارهای دایناسورهای تروپود از قانون رشد «آبشار توانی» پیروی می‌کنند

دایناسورها بیش از یک بار منقار پیدا کردند

پژوهشگرها برای بررسی قانون رشد «آبشار توانی»، ۱۲۷ گونه از تروپودها را بررسی کردند. آن‌ها دریافتند  که ۹۵ درصد از منقارها و پوزه‌های تروپودها از این قانون پیروی می‌کنند. آن‌ها با استفاده از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای و تحلیل‌های تکاملی پیشرفته، نشان دادند که اجداد تروپودها احتمالاً پوزه‌ای دندانه‌دار داشته‌اند که از همین قانون پیروی می‌کرد.

به‌طرز جالب، کشف اخیر نشان می‌دهد که قانون آبشار توانی نه‌تنها برای منقارها و پوزه‌های تروپودها، بلکه احتمالاً برای پوزه‌های همه‌ی مهره‌داران ازجمله پستانداران، خزندگان و ماهی‌ها  نیز کاربرد دارد.

پرنده‌ها پس از جان به‌در بردن از انقراض دسته‌جمعی، دوره‌ی تحول شگفت‌انگیزی را تجربه کردند. امروزه پرندگان در سراسر جهان زندگی می‌کنند و منقارهایشان به شیوه‌ای خاص با محیط سازگار شده‌اند. ما شکل منقارهایی را می‌بینیم که برای خوردن میوه، شکار حشرات، پاره‌کردن گوشت و حتی نوشیدن شهد طراحی شده‌اند و اغلب آن‌ها از قانون رشد آبشار توانی پیروی می‌کنند.

البته پژوهشگرها چند پرنده را یافته‌اند که قانون را زیر پا گذاشته‌اند. یکی از آن‌ها قاشقک اوراسیایی است که شکل منقار ویژه‌اش به او کمک می‌کند گل و لای را برای یافتن جانوران آبزی غربال کند. شاید همین سبک تغذیه‌ی منحصربه‌فردش باعث شده که بتواند قاعده آبشار توانی را نقض کند.

بااین‌حال، وجود قانون‌شکن‌هایی مثل قاشقک ناراحت‌کننده نیست و برعکس نشان می‌دهد که قانون آبشار توانی چقدر آموزنده است. بیشتر منقارهای پرندگان طبق این قانون رشد می‌کنند و این رشد با بیشتر شیوه‌های تغذیه همخوانی دارد؛ اما گاهی موجودات خاصی مثل قاشقک برای شکار «کرم‌های ویژه» خودشان، این قانون را می‌شکنند.

اکنون که پژوهشگرها دریافته‌اند بیشتر منقارهای پرندگان و دایناسورها از قانون آبشار توانی پیروی می‌کند، گام بزرگ بعدی در پژوهش، بررسی نحوه رشد منقار پرندگان از دوران جوجگی تا بلوغ است. اگر این قانون واقعاً قاعده‌ای بنیادی در رشد منقار پرندگان باشد، می‌توان انتظار داشت که در اشکال گوناگون دیگری در سرتاسر درخت حیات نیز پنهان شده باشد.

پژوهشگرها یافته‌هایشان را در مجله‌ی iScience منتشر کردند.