科学家发现所有生物的尖点背后隐藏的法则

科学家们发现了一种新的生长规则，它塑造了动物和植物中尖或锋利的生物结构的形式和发育，例如牙齿、角、爪子、喙和刺。

研究人员将新发现的模式描述为以前未知的自然法则，并将他们的发现称为“功率级联”– 数学幂律在自然界中广泛存在，决定了称为动力锥体的一系列形状的生长和进化。

“遵循这一规则的动物甚至植物的多样性是惊人的，”说澳大利亚莫纳什大学的进化生物学家阿利斯泰尔·埃文斯。

“我们非常震惊，我们在生命王国中几乎到处都发现了它——在活的动物中，以及在数百万年前就灭绝的动物中。”

埃文斯大部分工作的重点是身体部位的形态进化和功能。有时，这种注意力集中在个体生物的显着特征;在其他时候，可以在许多生物体中辨别出类似的模式。

数百年前，另一位科学家也有同样的担忧。英国著名建筑师和博学者克里斯托弗·雷恩爵士提出，蜗牛壳的形状是由对数螺线的数学，其中结构的一侧比另一侧生长得更快。

几个世纪后，埃文斯有了类似的认识，但他发现了一种超出雷恩思维的新增长规则——基于一种新的形状，即功率锥，当径向功率增长率不等于长度功率增长率时，就会产生功率锥。

功率级联产生一系列我们称之为“功率锥体”的形状，其形状从直边锥体到钝头不等。pic.twitter.com/cVYdjtcQWL

— 阿利斯泰尔·埃文斯 (@DrTeethAl)2021 年 3 月 30 日

“多年来我一直在寻找牙齿生长的模式，”埃文斯在书中解释道。对话。 “通过观察数百颗牙齿并测量它们如何随着变长而变宽，我和我的团队确定了一个简单的数学公式来支持牙齿形状。”

这个公式，即能量级联，不仅可以在天然牙齿、角、尖牙和皮刺的形状中观察到，而且还可以在自然牙齿、角、尖牙和皮刺的形状中观察到。研究人员表示，功率级联模型还可以模拟这些结构的生长。

这项新发现意味着我们也许能够通过简单地了解动物牙齿的形状来测量动物的年龄，因为形状的重建可以表明必要的生长时间。

研究小组认为，另一个应用可能是预测未来的进化过程。

“这些形状可能被认为是尖头结构的默认形状族，这意味着它们更有可能独立进化多次，并且可能成为同质性在进化中，”研究人员在他们的学习中写下。

“由于发现这种模式的结构和类群范围广泛，功率级联似乎是无数生物体生长的基本模式。”

研究结果报告于BMC生物。