Ученые из Мичиганского университета, Нью-Йоркского университета и других научных центров подтвердили: крылья птиц выполняют не только аэродинамическую функцию. Новое исследование, опубликованное в журнале Global Ecology and Biogeography, показывает, что длина птичьих крыльев также связана с регуляцией тепла — и зависит от климата.
Что именно показало исследование
Ученые использовали нейросеть под названием Skelevision — систему компьютерного зрения, которая распознает и измеряет птичьи кости по фотографиям музейных образцов. Благодаря этому им удалось проанализировать более 12 450 экземпляров из коллекций Музея зоологии Мичиганского университета и других хранилищ. Технология позволила автоматизировать процесс, который раньше занимал много времени и требовал ручной работы с хрупкими костями
Анализ показал: у птиц, живущих в более теплом климате, крылья — заметно длиннее, чем у тех, кто обитает в холодных зонах. Это соответствует правилу Аллена — биологическому принципу, согласно которому животные в жарком климате имеют более длинные конечности, чтобы эффективнее отдавать тепло.
До сих пор правило Аллена применяли в основном к наземным млекопитающим. Теперь выяснилось, что оно справедливо и для крыльев птиц, несмотря на то, что эти структуры изначально воспринимались исключительно как инструмент полёта.
«Даже такие критические черты, как крылья, которые мы традиционно изучали только с точки зрения аэродинамики, формируются еще и терморегуляционными требованиями, что удивило нас», — говорит Брайан Уикс, ведущий автор исследования.
По словам ученых, во время полета у птиц сильно нагреваются мышцы. Кости крыла поддерживают эти мышцы и участвуют в отводе тепла, действуя как «радиаторы». Чем теплее климат — тем эффективнее должна быть эта система охлаждения, и именно этим объясняется увеличение длины крыла.
«Птичьи крылья всегда рассматривались в первую очередь как аэродинамические структуры, и мало кто предполагал, что их форма может быть обусловлена не только полетом, но и необходимостью охлаждаться», — отмечают ученые
Технология Skelevision позволила автоматизировать процесс, который раньше занимал много времени и требовал ручной работы с хрупкими костями. Система использует глубокую нейронную сеть, чтобы распознавать типы костей на фотографиях, строить их цифровые контуры и снимать точные измерения.
«С помощью этой технологии мы можем обрабатывать образцы примерно за одну минуту, в отличие от 15 минут при ручной работе», — поясняет Дэвид Фухи, доцент NYU Tandon и Института Куранта.
Всего было проанализировано 1520 видов птиц из 80 семейств со всех континентов, кроме Антарктиды. Это крупнейший на сегодня набор данных по эволюции птичьих крыльев в зависимости от климата.
Исследователи уже работают над расширением системы с помощью 3D-сканирования, чтобы дополнительно измерять объем, площадь поверхности и другие параметры костей. Код и данные проекта были выложены в открытый доступ, чтобы другие ученые могли использовать их в своих исследованиях.
«Наша работа помогает понять, как виды адаптируются к окружающей среде в ходе эволюции — и как они могут реагировать на климатические изменения», — подчеркивает Уикс.