Способность к полету у птиц предсказали по форме яйца

Ученые в составе международного коллектива описали морфологию огромного количества птичьих яиц, принадлежащих разным отрядам птиц с разной экологией. Выяснилось, что на форму яйца больше всего влияет приспособленность птицы к полету. У хороших летунов яйца оказались асимметричными, а у плохих — круглыми или эллипсоидными. Исследование опубликовано в журнале Science.

Птичье яйцо представляет из себя яйцеклетку, окруженную несколькими оболочками. Яйца разных видов птиц очень разнообразны по морфологии — размеру, цвету и форме. Привычное нам куриное яйцо скорее выглядит как правильный овал, однако, яйца бывают и практически круглые, как у сов, и вытянутые эллипсоидные, как у индонезийской курицы малео.

Ясно, что морфология имеет адаптивное значение, однако у ученых до сих пор не было какой-то убедительной теории, объясняющей, к примеру, разную форму яиц. Существующие гипотезы объясняли различную форму яиц в первую очередь особенностями гнездования. Например, предполагалось, что птицы, гнездящиеся на утесах, откладывают яйца конической формы, потому что у таких яиц меньше шансов укатиться и упасть с обрыва. Шаровидные яйца должны обладать более прочной оболочкой. А асимметричные яйца, у которых один конец значительно шире другого, обеспечивают лучший газообмен с широкой стороны и способствуют ускоренному развитию птенцов выводковых птиц (у которых птенцы вылупляются уже оперенными и готовыми к «взрослой» жизни).

Чтобы поставить точку в этом вопросе, международный коллектив ученых провел исчерпывающий анализ огромной коллекции яиц, состоящей из почти 50 тысяч экземпляров. Яйца принадлежали 1400 видам птиц из 35 отрядов. Ученых интересовало, как форма яйца связана с экологическими особенностями жизни птиц. Кроме того, авторы работы детально измерили параметры яиц и построили двумерное морфологическое пространство форм. На основании собранных данных была построена биофизическая модель яйца, позволяющая объяснить, как яйцо формируется в яйцеводе и предсказать некоторые параметры, например, прочность конструкции.

Чтобы понять, как образ жизни птицы влияет на форму яиц, ученые сопоставили форму с такими параметрами, как масса взрослой особи, диета, количество яиц в кладке, тип гнездования, а также способность к полету. Эту характеристику формально отражает специальный индекс, учитывающий длину и форму крыла. Было показано, что этот индекс выше у птиц, способных к дальним миграциям, то есть у хороших летунов. К своему удивлению, никакой корреляции между формой и большинством перечисленных параметров, исследователи не обнаружили. Это значит, что все существующие гипотезы, объясняющие различную форму яиц, оказались неверны. Форма зависела только от двух параметров — размера и упомянутого индекса крыла. Большие яйца имеют тенденцию быть эллипсоидными, а асимметричные яйца характерны для птиц, которые хорошо летают.

Хорошие летуны отличаются особой формой тела, как правило, небольшим размером и уменьшенной брюшной полостью. Неудивительно, что особенности строения тела привели к эволюции формы яиц. Чтобы проверить свою гипотезу в обратную сторону, авторы работы обратили внимание на нелетающих птиц. У киви яйца оказались эллипсоидные, а у страуса почти шарообразные. Единственным исключением из правила, которое обнаружили ученые, стал пингвин, который откладывает конические яйца. Однако пингвины, потеряв способность к полету, научились отлично плавать, что также отразилось на их телосложении.

Таким образом, авторы работы, опубликованной в одном из самых престижных журналов, выяснили, что основным движущим фактором в эволюции формы птичьих яиц стала способность к эффективному полету. С первого взгляда кажется, что это исследование не особо полезно для человечества, однако его ведущим автором является сотрудник института Висса Гарвардского университета. Полное название этого института — Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, то есть идеи для своих разработок исследователи черпают в природе. Возможно, яйца уже вдохновили инженеров на новое изобретение. О результатах работы института Висса мы ранее писали — например, из его стен вышел мягкий экзоскелет и миниатюрные оптические элементы для микроэлектроники.

Дарья Спасская