Разные формы головы и разные размеры тела акул-молотов должны приводить к различиям в их плавательных способностях, верно? Исследователи провели первое исследование, чтобы изучить форму тела и кинематику плавания двух близкородственных, но очень разных акул-молотов, и получили некоторые неожиданные результаты.
Акулы бывают всех форм и размеров, и, пожалуй, самой необычной из них является акула-молот, которую легко узнать по ее голове странной формы. Большинство исследований головок-молотов были сосредоточены конкретно на их расширенных в боковых направлениях головах, или головоногих, и на том, как они используют их, чтобы видеть и обонять, а также на их влиянии на гидродинамику и сенсорную эффективность. Существует около девяти известных видов акул-молотов с существенными различиями в форме тела, включая форму и размер головы. В то время как много известно об изменениях их электрорецепции, обоняния и зрения, очень мало известно о том, влияют ли различия в их форме на их плавательные способности.
Исследователи из Флоридского Атлантического университета провели первое исследование формы всего тела и кинематики плавания двух близкородственных, но очень разных видов молотоголовых: чепчатоголового и зубчатого молотоголового, с некоторыми неожиданными результатами.
Взрослые шляпники имеют длину от 2 до 3 футов, а ширина их головы составляет около 18 процентов от длины их тела; Взрослые зубчатые молотоголовые имеют длину около 12 футов, а ширина их головы составляет около 30 процентов длины тела. Несмотря на эти различия, результаты этого нового исследования, представленные на обложке текущего выпуска Журнала экспериментальной биологии, показывают, что, в конце концов, размер или форма действительно не имеют значения, по крайней мере, когда речь идет о плавании.
Используя междисциплинарный подход в лаборатории биомеханики Научного колледжа им. Чарльза Э. Шмидта FAU под руководством Марианны Э. Портер, доктора философии, доцента биологических наук и соавтора исследования, исследователи приступили к проверке своей гипотезы. Различные формы головы и разные размеры тела акул-молотов должны приводить к различиям в их плавательных способностях.
До начала исследования Портер, Сара Л. Хоффманн, ведущий автор и доктор философии. студент биологических наук и Стивен Мэтью Уоррен, соавтор и старший преподаватель кафедры машиностроения и океанотехники Колледжа инженерии и компьютерных наук FAU, рассмотрели компьютерную томографию обоих видов акул-молотов. Поскольку акулы полностью состоят из сильно минерализованного хряща, они смогли увидеть заметные различия в физиологии двух видов акул на этих сканах.
Чтобы проверить свою гипотезу, они сосредоточились на волнистости, то есть на том, как акула перемещает свое тело и хвост из стороны в сторону, чтобы продвигаться вперед. Цель: выяснить, меняется ли движение тела у этих двух видов с очень разными формами головы.
Начиная с 2015 года они часами просматривали видео, на которых плавают зубчатые молотоголовые и чепчики. Они смотрели на частоту биений хвоста и амплитуду биений хвоста. Они последовательно проанализировали видео, чтобы выбрать клипы, в которых акулы совершили как минимум три полных цикла ударов хвостом в прямом, устойчивом плавании. Уоррен проанализировал, а затем объединил видео в минутный сегмент, чтобы исследовательская группа могла использовать измерения для сравнения механики плавания между двумя видами. Они смогли получить все необходимые измерения из этой сжатой одной минуты видеоматериала.
«Одним из самых уникальных аспектов нашего исследования является то, что мы смогли наблюдать, как эти акулы плавают в больших аквариумах и передвигаются естественным образом», - сказал Портер. «Большинство исследований помещают акул в каналы, которые в основном представляют собой подводные беговые дорожки, заставляющие их двигаться. Нам интересно узнать, как эти животные движутся сами по себе, как для усилий по сохранению, так и для реальных приложений, таких как биоинженерия."
Результаты исследования показали, что чепчики качают тело дальше внутрь и наружу и, следовательно, имеют большую амплитуду волнистости. С другой стороны, зубчатые молотки изгибаются быстрее и имеют более высокую частоту волнистости.
«Когда мы сделали поправку на размер их тела, мы обнаружили, что они на самом деле плыли с одинаковой скоростью, чтобы добраться до точек А и Б, но делали это по-разному», - сказал Хоффманн. «Несмотря на то, что они разные, они достигают одного и того же пункта назначения в одно и то же время; они просто используют разную механику тела».
Ключевой вывод их исследования заключается в том, что у обоих видов голова движется с разной скоростью, чем остальная часть тела. На самом деле, он движется вперед и назад намного быстрее, чем остальная часть тела. Подобно осетровым рыбам, исследователи обнаружили, что у этих молотоголовых есть двойная колебательная система. Они предполагают, что это из-за повышенной способности к сенсорному восприятию.
«Мы никак не могли предвидеть систему двойных колебаний у этого вида», - сказал Хоффманн. «Движение головы отличается от движения остального тела, что почти невозможно увидеть невооруженным глазом».
Исследователи отмечают, что с системой двойных колебаний голова акулы движется гораздо быстрее, чем остальная часть ее тела, по существу, чтобы сканировать больше субстрата их окружающей среды.
«Думайте об этом как о металлоискателе, когда вы перемещаете его вперед и назад», - сказал Хоффманн. «Они будут охватывать большую территорию для электрорецепции и обоняния, и они должны быть в состоянии делать это с большей скоростью, чем остальная часть их тела».