2亿年来，一条秘密的数学规则塑造了鸟类和其他恐龙的喙
2亿年来，一条秘密的数学规则塑造了鸟类和其他恐龙的喙。图片来源：Garland 等人，iScience 2025
（蜘蛛网eeook.com）据《对话》（作者：凯瑟琳·加兰德和阿利斯泰尔·埃文斯）：鸟的喙几乎有各种形状和大小——从蜂鸟的稻草状喙到鹰的刀状喙。
然而，我们发现，这种令人难以置信的多样性是由一个隐藏的数学规则支撑的，该规则支配着几乎所有现存鸟类喙的生长和形状。
更重要的是，这条规则甚至描述了鸟类祖先恐龙的喙形。我们很高兴与大家分享我们的发现，该发现现已发表在《iScience》杂志上。
通过根据这一数学规则研究喙，我们可以了解鸟类和其他恐龙的脸是如何在2亿年的时间里进化的。我们还可以找出为什么在极少数情况下，这些规则会被打破。
当大自然遵循规则
在生物学中找到普遍规则是罕见且困难的——似乎很少有物理定律在所有生物体中如此普遍的情况。
但当我们找到一条规则时，这是一种解释我们在自然界中看到的模式的有力方法。我们的团队之前发现了一条新的生物学规则，可以解释许多尖结构的形状和生长，包括牙齿、角、蹄、壳，当然还有喙。
这个简单的数学规则捕捉到了尖端结构（如喙）的宽度如何从尖端扩展到底部。我们称此规则为“权力级联”
在这一发现之后，我们对功率级联如何解释鸟类和其他恐龙喙的形状非常感兴趣。
恐龙不止一次有喙
大多数恐龙，如霸王龙，都有一个强壮的鼻子和尖齿。但有些恐龙（比如像鸸鹋一样的恐龙Ornithomimus edmontonicus）根本没有牙齿，而是有喙。
在霸王龙所属的兽脚类恐龙中，喙至少进化了六次。每一次，牙齿都会在数百万年的时间里消失，鼻子会伸展成喙状。
但这些无可挑剔的恐龙群中只有一个在6600万年前的大灭绝事件中幸存下来。这些幸存者最终成为了我们现代的鸟类。
早起的鸟儿遵守规则
为了研究生长的功率级联规律，我们研究了127种兽脚类恐龙。我们发现95%的兽脚类恐龙的喙和鼻子都遵循这一规则。
通过计算机建模使用最先进的进化分析，我们证明了祖先兽脚类恐龙最有可能有一个遵循功率级联规则的齿状鼻子。
令人兴奋的是，这表明功率级联不仅描述了兽脚类恐龙喙和鼻子的生长，还可能描述了所有脊椎动物（哺乳动物、爬行动物和鱼类）的鼻子的生长。
规则的追随者和破坏者
在大灭绝中幸存下来后，鸟类经历了一段令人难以置信的变化。鸟类现在生活在世界各地，它们的喙以非常特殊的方式适应每个地方。
我们看到喙的形状可以用来吃水果、捕捉昆虫、刺穿和撕裂肉，甚至吮吸花蜜。大多数人遵循权力级联增长规律。
虽然很罕见，但我们研究的一些鸟类是违反规则的。欧亚琵鹭就是这样一个打破规则的物种，其高度特化的喙形有助于它在泥土中过滤以捕获水生生物。也许它独特的喂养方式导致它打破了这一普遍规则。
我们对像琵鹭这样的违规者一点也不感到沮丧。相反，这进一步突显了能量级联的真正信息量。大多数鸟的喙都是按照我们的规则生长的，这些喙可以满足大多数喂养方式。
但偶尔，像琵鹭这样的怪人会打破功率级联生长规则，抓住它们特殊的“虫子”。
现在我们知道大多数鸟类和恐龙的喙都遵循功率级联，我们研究的下一个重要步骤是研究鸟喙是如何从幼鸟成长为成虫的。
如果功率级联真的是鸟喙的基本生长规律，我们可能会发现它隐藏在生命树的许多其他形式中。
