لأكثر من مائة عام، استخدم العلماء نظرية لوصف كيفية تغير مساحة سطح الحيوان وحجمه مع حجم الجسم. الآن، أكد باحثون من جامعة جيمس كوك (JCU) وجامعة ماساتشوستس هذه النظرية على أسماك القرش، باستخدام تقنيات النمذجة ثلاثية الأبعاد المتقدمة لدراسة أحد أكثر الحيوانات المفترسة شهرة في المحيط.
وقال جويل جيفورد، طالب الدكتوراه في جامعة جيمس كوك والمؤلف الرئيسي للدراسة: "لقد وجدنا أن أسماك القرش تتبع ما يسمى بقانون تحجيم الثلثين بشكل مثالي تقريبًا". "يساعد هذا القانون في تفسير كيفية تبادل الحيوانات للحرارة والطاقة والأكسجين مع بيئتها - لذلك كان من المهم تأكيد ذلك في الحيوانات الطبيعية، وليس فقط الخلايا."
وعمل الفريق مع فنان رسومات الكمبيوتر جونسون مارتن لتطوير تقنية المسح ثلاثي الأبعاد عالية الدقة لإنشاء نماذج رقمية مفصلة لـ 54 نوعًا من أسماك القرش.
توفر عمليات المسح هذه للباحثين قياسات دقيقة لمساحة السطح والحجم، مما يوفر رؤى قيمة حول كيفية تأثير شكل الجسم على علم وظائف الأعضاء.
وقالت الدكتورة جودي رومر، أستاذة علم الأحياء البحرية بجامعة جيمس كوك والمؤلفة المشاركة في الدراسة: "هذه النسبة حاسمة". "من الضروري أن تتنفس الحيوانات، وتنظم درجة حرارة الجسم، وتعالج النفايات. والآن، ولأول مرة، أظهرنا أن هذا يعمل في حيوان معقد ومتنوع مثل سمكة القرش."
ولاختبار هذه القاعدة بدقة، استخدم الفريق تحليل الانحدار التطوري - وهي طريقة إحصائية تأخذ في الاعتبار العلاقات التطورية - ووجدوا أن مساحة سطح جسم القرش تتناسب مع الحجم المرفوع إلى أس 0.64. وهذا أقل بنسبة 3٪ فقط من التنبؤ النظري البالغ 0.67.
أكدت تقنية النمذجة ثلاثية الأبعاد المتطورة أن أسماك القرش تتبع "قانون قياس الثلثين" بشكل مثالي تقريبًا. مصدر الصورة: جامعة جيمس كوك
وقال رومر "إنه أمر لا يصدق". "وهذا يشير إلى أن أسماك القرش تطورت هذه النسبة، ربما لأنه كان مكلفا للغاية للانحراف عنها، أو لأنها كانت مقيدة بالتطور المبكر."
في الواقع، يعتقد الفريق أن القيود التطورية والتنموية يمكن أن تفسر سبب استمرار أسماك القرش من بيئات وأنماط حياة مختلفة إلى حد كبير في اتباع نفس قواعد القياس.
وقال جيفورد: "إن تغيير كيفية توزيع الأنسجة في الجسم قد يتطلب تغييرات كبيرة خلال التطور الجنيني المبكر - وهو أمر مكلف من منظور الطاقة".
والأهم من ذلك أن هذه النتائج لها تطبيقات في العالم الحقيقي. "إن نسبة مساحة السطح إلى الحجم هي مدخل رئيسي في المعادلات المستخدمة لنمذجة كيفية استجابة الحيوانات لتغير المناخ، مثل مدى سرعة تنظيم درجة حرارة الجسم أو مدى كفاءة استخدام الأكسجين. الآن، يمكننا تطبيق هذه المعادلات على أسماك القرش وغيرها من الحيوانات الكبيرة بثقة أكبر."
تسلط هذه الدراسة الضوء على كيف يمكن لتكنولوجيا التصوير الحديثة - وبعض النماذج الرقمية الصبورة للغاية - أن تجيب على الأسئلة البيولوجية القديمة.
تم تجميعها من / scitechdaily