Haifischzähne. (apomares/Getty Images) Wissenschaftler haben eine neue Wachstumsregel identifiziert, die die Form und Entwicklung spitzer oder scharfer biologischer Strukturen bei Tieren und Pflanzen wie Zähnen, Hörnern, Klauen, Schnäbeln und Dornen prägt.
Die Forscher beschreiben das neu entdeckte Muster als ein bisher unbekanntes Naturgesetz und nennen ihre Entdeckung das „Kraftkaskade“ – eine mathematische Potenzgesetz Sie kommen überall in der Natur vor und bestimmen das Wachstum und die Entwicklung einer Familie von Formen, die Kraftkegel genannt werden.
„Die Vielfalt der Tiere und sogar Pflanzen, die dieser Regel folgen, ist atemberaubend.“ sagt Evolutionsbiologe Alistair Evans von der Monash University in Australien.
„Wir waren ziemlich schockiert, dass wir es fast überall im Reich des Lebens gefunden haben – bei lebenden Tieren und solchen, die seit Millionen von Jahren ausgestorben sind.“
Der Schwerpunkt vieler Arbeiten von Evans liegt auf der morphologischen Entwicklung und Funktion ihrer Körperteile. Manchmal wird dieser Fokus darauf trainiert bemerkenswerte Merkmale einzelner Lebewesen ; zu anderen Zeiten lässt sich ein ähnliches Muster bei vielen Organismen erkennen.
Vor Hunderten von Jahren hatte ein anderer Wissenschaftler die gleichen Sorgen. Sir Christopher Wren, der berühmte englische Architekt und Universalgelehrte, schlug vor, dass die Formen von Schneckenhäusern durch die bestimmt würden Mathematik logarithmischer Spiralen , wobei eine Seite einer Struktur schneller wächst als die andere.
Jahrhunderte später kam Evans zu einer ähnlichen Erkenntnis, stieß jedoch auf eine neue Wachstumsregel, die über Wrens Vorstellungen hinausging – basierend auf einer neuen Form, dem Kraftkegel, der entsteht, wenn die radiale Kraftwachstumsrate ungleich der Längenkraftwachstumsrate ist.
Die Kraftkaskade erzeugt eine Familie von Formen, die wir „Kraftkegel“ nennen und die von einem Kegel mit geraden Seiten bis zu einer stumpfen Spitze reichen. pic.twitter.com/cVYdjtcQWL
– Alistair Evans (@DrTeethAl) 30. März 2021
„Seit vielen Jahren suche ich nach einem Muster dafür, wie Zähne wachsen“, erklärt Evans Die Unterhaltung . „Durch die Betrachtung von Hunderten von Zähnen und die Messung, wie sie mit zunehmender Länge breiter werden, haben mein Team und ich eine einfache mathematische Formel identifiziert, die der Zahnform zugrunde liegt.“
Diese Formel, die Kraftkaskade, ist nicht nur in Form natürlicher Zähne, Hörner, Reißzähne und Stacheln zu beobachten; Das Power-Kaskaden-Modell könne auch das Wachstum dieser Strukturen simulieren, sagen die Forscher.
Die neue Entdeckung bedeutet, dass wir das Alter von Tieren möglicherweise einfach anhand der Form ihrer Zähne abschätzen können, da Rekonstruktionen der Form Aufschluss über die erforderliche Wachstumszeit geben könnten.
Eine weitere Anwendung könnte darin bestehen, zukünftige Evolutionsprozesse vorherzusehen, meint das Team.
„Diese Formen können als die Standard-Formenfamilie für spitze Strukturen angesehen werden, was bedeutet, dass sie sich mit größerer Wahrscheinlichkeit mehrmals unabhängig voneinander entwickeln und eine wahrscheinliche Quelle dafür sein werden.“ Homoplasie in der Evolution“, so die Forscher schreiben in ihrem Arbeitszimmer .
„Aufgrund der enormen Bandbreite an Strukturen und Taxa, in denen dieses Muster zu finden ist, scheint es, dass die Kraftkaskade ein grundlegendes Wachstumsmuster in unzähligen Organismen ist.“
Über die Ergebnisse wird berichtet BMC-Biologie .