Акулы бывают всех форм и размеров, и, пожалуй, самой необычной является акула-молот, которую легко узнать по ее голове странной формы. Большинство исследований, посвященных головам молота, было сосредоточено именно на их расширенных в поперечном направлении головах, или цефалофойле, и на том, как они используют его, чтобы видеть и обонять, а также на его влиянии на гидродинамику и сенсорную эффективность. Существует около девяти известных видов акул-молотов с резкими различиями в форме тела, включая форму и размер головы.
В то время как многое 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 Атлантического университета Флориды провели первое исследование по изучению формы всего тела и кинематики плавания двух близкородственных, но очень разных видов головы-молота: Bonnethead и Scalloped hammerhead, с некоторыми неожиданными результатами.
Взрослые головные уборы имеют длину от 2 до 3 футов, а ширина головы составляет около 18 процентов от длины тела; Взрослые гребешки с зубчатыми головками имеют длину около 12 футов, а ширина головы составляет около 30 процентов от длины тела. Несмотря на эти различия, результаты этого нового исследования, представленного на обложке текущего выпуска Journal of Experimental Biology, 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 Чарльза Э. Шмидта FAU под руководством Марианны Э. Портер, доктора философии, доцента биологических наук и соавтора исследования, исследователи приступили к тестированию их гипотеза. Разные формы головы и разные размеры тела акул-молотов должны приводить к различиям в их плавательных способностях.
Перед началом исследования Портер, Сара Л. Хоффманн, ведущий автор и доктор философии. студент биологических наук и Стивен Мэтью Уоррен, соавтор и старший преподаватель кафедры машиностроения и океанической инженерии Колледжа инженерии и информатики FAU, рассмотрели компьютерные томограммы обоих видов акул-молотов. Поскольку акулы полностью состоят из хрящей, которые сильно минерализованы, они смогли увидеть заметные различия в физиологии двух видов акул по этим снимкам.
Чтобы проверить свою гипотезу, они сосредоточились на волнистости, то есть на том, как акула перемещает свое тело и хвост из стороны в сторону, чтобы двигаться вперед. Цель: выяснить, меняется ли движение тела у этих двух видов с очень разными формами головы.Начиная с 2015 года, они часами просматривали видеозаписи плавания гребешков с зубчатыми головками и головоногих голов.
Они смотрели на частоту биений хвоста и амплитуду биений хвоста. Они последовательно проанализировали видео, чтобы выбрать отрывки, в которых акулы выполнили не менее трех полных циклов ударов хвостом по прямому, устойчивому плаванию.
Уоррен проанализировал, а затем сжал 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 видеозаписи.«Одним из наиболее уникальных аспектов нашего исследования является то, что мы смогли наблюдать этих акул, плавающих в больших резервуарах, передвигающихся естественным путем», — сказал Портер. «Большинство исследований помещают акул в лотки, которые в основном представляют собой подводные беговые дорожки, которые заставляют их двигаться. Мы заинтересованы в изучении того, как эти животные передвигаются внутри и сами по себе, как для природоохранных мероприятий, так и для реальных приложений, таких как биоинжиниринг».
Результаты исследования показали, что боннетхеды раскачивают свое тело дальше внутрь и наружу и, следовательно, имеют большую амплитуду волнистости. С другой стороны, зубчатые головки молота изгибаются быстрее и имеют более высокую частоту волнистости.«Когда мы скорректировали размер их тела, мы обнаружили, что они на самом деле плавали с одинаковой скоростью, чтобы добраться до точек A и B, 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 другой скоростью, чем остальное тело. На самом деле, он движется вперед и назад намного быстрее, чем остальное тело. Как и у осетровых рыб, исследователи обнаружили, что у этих молотов есть двойная колебательная система.
Они предполагают, что это из-за повышенной способности к сенсорному восприятию.«Мы никак не могли предвидеть двойную колебательную систему у этого вида», — сказал Хоффманн. «Движение головы, отличающееся от остальных движений тела, почти невозможно увидеть невооруженным глазом».Исследователи отмечают, что с двойной системой колебаний голова акулы движется с гораздо большей скоростью, чем остальная часть их тела, по сути, чтобы сканировать больше субстрата окружающей среды.
«Думайте об этом как о металлоискателе, когда вы двигаете его вперед и назад», — сказал Хоффманн. «Они собираются покрыть большую территорию для электрорецепции и обоняния, и им нужно иметь возможность делать это с большей скоростью, чем остальная часть их тела».