آیا انرژی می‌تواند اندازه بدن را توضیح دهد؟ آزمون مدل تناسب انرژی (BMT) در آمنیوت‌ های زنده و دایناسورهای غیرپرنده

اندازه بدن یکی از بنیادی ترین ویژگیهای زیستی جانوران است و در طول تاریخ حیات، بارها افزایش یا کاهش چشمگیر جثه در دودمان های مختلف مشاهده شده است. هرچند در برخی گروهها روند افزایش اندازه در طول زمان دیده می شود و از آن با عنوان قانون کوپ یاد می کنند، این الگو نه همگانی است و نه بدون استثنا. اندازه بدن حاصل برهم کنش پیچیده ای از عوامل فیزیولوژیک، انرژی، بوم شناختی و تاریخ تکاملی است. یک پژوهش جدید در مجله Evolution کوشیده است سهم یکی از این عوامل، یعنی اقتصاد انرژی، را در شکل گیری توزیع اندازه بدن آمنیوت ها به طور کمی ارزیابی کند.

پژوهشگران از مدلی موسوم به BMT بهره گرفتند که بر تعریف انرژی محور از شایستگی تکاملی استوار است. ایده محوری این مدل آن است که اندازه بدن از تعادل میان دو فرایند ناشی می شود: توانایی جانور برای کسب انرژی و منابع از محیط، و توانایی تبدیل این منابع به زادآوری. با افزایش اندازه بدن، نرخ کسب انرژی افزایش می یابد، اما نرخ تبدیل انرژی به تولیدمثل به ازای واحد جرم کاهش پیدا می کند. در نتیجه، مدل پیش بینی می کند که برای هر گروه جانوری اندازه ای وجود دارد که در آن توان تولیدمثل بیشینه می شود.

در این چارچوب، جانوران بسیار کوچک اگرچه در تبدیل منابع به زادآوری کارآمد هستند، توانایی محدودی در کسب منابع دارند. در مقابل، جانوران بزرگ منابع بیشتری به دست می آورند، اما هزینه نگهداری و تبدیل منابع به تولیدمثل در آنها بالا می رود. بنابراین مدل انتظار دارد توزیع اندازه بدن در یک گروه، حول یک اندازه بهینه شکل بگیرد و با فاصله گرفتن از این نقطه، فراوانی گونه ها کاهش یابد.

پژوهشگران این مدل را برای گروههای متنوعی از آمنیوت ها شامل پستانداران، پرندگان، مارمولک ها، مارها، لاکپشت ها و کروکودیلیان ها آزمایش کردند و سپس آن را به دایناسورهای غیرپرنده تعمیم دادند. داده ها شامل هزاران گونه زنده و ۵۱۵ گونه دایناسور غیرپرنده بود. هدف اصلی این بود که مشخص شود آیا روابط میان اندازه بدن، کسب انرژی و تولیدمثل به تنهایی می توانند الگوی واقعی توزیع اندازه بدن را توضیح دهند، یا عوامل دیگری نیز باید در نظر گرفته شوند.

نتایج نشان داد که مدل برای پستانداران و پرندگان عملکرد بسیار خوبی دارد. اندازه بهینه پیش بینی شده برای پستانداران حدود ۱۰۰ گرم و برای پرندگان حدود ۳۰ تا ۳۳ گرم بود و این مقادیر به اندازه ی مودال (پرتکرارترین اندازه بدنی) واقعی این گروهها نزدیک بودند. این یافته نشان می دهد که در پستانداران و پرندگان، محدودیتهای فیزیولوژیک و انرژی می توانند نقش مهمی در شکل دهی به توزیع اندازه بدن ایفا کنند.

در خزندگان وضعیت متفاوتی مشاهده شد. برای مارمولک ها و مارها، اندازه بهینه پیش بینی شده به طور قابل توجهی بزرگ تر از اندازه مودال واقعی بود. در کروکودیلیان ها نیز اختلاف بسیار چشمگیر بود و مدل اندازه بهینه را بسیار کوچکتر از واقعیت برآورد کرد. در مقابل، لاکپشت ها تطابق نسبتا بهتری با پیش بینیهای مدل نشان دادند. این تفاوتها حاکی از آن است که انرژی و فیزیولوژی به تنهایی نمی توانند توضیحی عمومی برای توزیع اندازه بدن همه گروههای آمنیوت ارائه کنند.

یکی از عوامل مهمی که می تواند این ناهمخوانی ها را توضیح دهد، محدودیت های بوم شناختی است. رقابت برای منابع، فشار شکار، شیوه زندگی و پهنای آشیان اکولوژیک در دسترس می توانند محدوده اندازه بدن یک گروه را تغییر دهند. برای نمونه، در جزایر که فشار شکار و رقابت معمولا کمتر است، توزیع اندازه بدن برخی جانوران، از جمله مارمولک ها و پرندگان بدون پرواز، بیشتر با پیش بینی مدل انرژی محور هم خوانی داشت. بنابراین اندازه بدن نه فقط به توانایی های فیزیولوژیک، بلکه به زمینه بوم شناختی نیز وابسته است.

وقتی همین مدل به دایناسورهای غیرپرنده اعمال شد، نتیجه قابل توجهی به دست آمد. حتی با انتخاب پارامترهایی که بیشترین اندازه ممکن را برای مدل ایجاد می کردند، اندازه بهینه پیش بینی شده حدود ۳ کیلوگرم بود؛ درحالیکه اندازه مودال در مجموعه داده جهانی دایناسورها حدود ۱۸۰ کیلوگرم گزارش شده است. این اختلاف بزرگ نشان می دهد که نمی توان جثه بزرگ دایناسورهای غیرپرنده را صرفا با تفاوت در روابط انرژی یا فیزیولوژی توضیح داد. در اینجا حتی مفهوم قانون کوپ نیز به تنهایی پاسخگو نیست، زیرا افزایش اندازه در همه دودمان ها و در تمام بازه های زمانی مشاهده نمی شود.

ادامه در👇