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新的动植物生长自然规则或解开350年之谜

cnBeta.COM 2021-04-29

  研究人员已经解决了一个有350年历史的难题,即许多动物的尖锐身体部位是如何生长形成其形状的, 这些尖锐身体部位包括牙齿、角、爪子、喙、动物外壳,甚至植物的刺和皮刺。

  莫纳什大学的一个跨学科小组发现了一个新的生物生长普遍规则,解释了整个生命树上尖锐结构形状的惊人相似性,包括牙齿、角、爪子、喙、动物的壳,甚至植物的刺。动物和植物经常以特定的模式生长,如遵循黄金比例的对数螺旋。有非常简单的过程产生这些模式,当一个结构的一侧以恒定的比例比另一侧生长得更快时,就会产生对数螺旋。我们可以把这些称为 "生长规则",它们帮助我们理解为什么生物体是某些形状。

  在最近发表在《BMC生物学》上的新研究中,研究小组根据牙齿的形状如何按照幂律 "层层递减",展示了一种被称为 "幂级联 "的新规则。当象牙变长时,它以非常具体的速度按照 "幂律 "变宽,这是一种数学模式,牙齿的宽度和长度的对数之间存在直线关系。幂律在大自然中随处可见,例如地震的大小、城市的大小和股市的走势。

  这种模式适用于许多动物,在巨鲨、霸王龙、猛犸象,甚至人类的牙齿中都有。值得注意的是,这个幂律对爪子、蹄子、角、蜘蛛的獠牙、蜗牛壳、鹿角以及哺乳动物、鸟类和恐龙的嘴都有效。在动物之外,该团队还在玫瑰花丛和柠檬树的刺中观察到了它。

  研究人员表示,遵循这一规则的动物,甚至植物的多样性是惊人的。令研究人员相当震惊的是,他们几乎在整个生命王国的所有地方都发现了它,在活着的动物和那些灭绝了数百万年的动物中都发现了这一规则。

  新的模式扩展了多面手解剖学家、物理学家和数学家克里斯托弗-冉爵士的想法,他是伦敦圣保罗大教堂的设计师。1659年,克里斯托弗-冉爵士提出,蜗牛壳可能是一个扭曲成对数螺旋的圆锥体。新的研究表明,贝壳和其他形状,如牙齿和角,实际上是幂级数形状(称为'幂级数锥体')。

  由于如此多的结构遵循这种生长模式,我们可以用它来预测可能的进化模式。每当动物进化出牙齿、角或爪子时,它们似乎最有可能是这种形状。如果神话中的动物遵循同样的自然模式,我们甚至开通预测它们会是什么样子。

责任编辑:王超

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