Поскольку акулы различаются по размеру и форме, существует большое разнообразие их морфологии, физиологии и способов плавания. Например, обыкновенная акула-молотилка полагается на свой хвост, чтобы оглушить добычу при кормлении, а размер ее позвонков и их механика могут объяснить, почему она зависит от сильного и длинного хвоста, который действует как кнут. Чтобы двигаться таким образом, требуются низкая жесткость и прочность или более низкое сопротивление деформации и способность поглощать энергию соответственно.
Позвоночный столб акулы регулируется динамическими и сложными взаимодействиями между тканевым составом и морфологией, и есть много различий в росте, минерализации и механических свойствах.
Ученые из Атлантического университета Флориды Чарльз Э. Колледж науки Шмидта и Национальная служба морского рыболовства, Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) предсказали, что твердая центральная часть позвонков у взрослых акул старшего возраста будет более жесткой и жесткой.
Поэтому они решили проверить свою теорию.
Они исследовали хрящевую механику шести видов акул в биологически значимых условиях по всей длине их тела и в диапазоне возрастов.
Они наблюдали за маленькими детенышами (годовалыми) акулами, неполовозрелыми акулами и взрослыми акулами каждого из шести различных видов: темная акула (Carcharhinus obscurusp); поросенок (Lamna nasus); и харизматичные акулы, такие как большая белая акула (Carcharodon carcharias); короткопёрый мако (Isurus oxyrinchus) и обыкновенная акула-молотилка (Alopias vulpinus).
Для исследования исследователи разделили тела акул на две части: переднюю (место прикрепления грудного плавника и начало первого спинного плавника) и заднюю (начало второго спинного плавника и предхудальная ямка). Они провели механические испытания, использовали метод визуализации, называемый рентгенографией, и оценили взаимосвязь между жесткостью и ударной вязкостью с помощью простой линейной регрессии.
Можно было бы предположить, что, поскольку люди и многие животные имеют тенденцию становиться жестче и, возможно, жестче по мере взросления, то же самое верно и для акул.
К своему большому удивлению и вопреки своей гипотезе, исследователи обнаружили обратное у этих быстро плавающих морских хищников.
Результаты исследования, опубликованные в Журнале экспериментальной биологии, показывают, что самые молодые акулы были жестче (могли противостоять сжатию) и жестче (могли поглощать больше энергии), чем старые акулы. Исследователи предполагают, что хрящ молодых акул имеет меньше "разрывов" в минеральной матрице внутри хряща. Они также обнаружили, что хрящ был более жестким и жестким в позвонках, расположенных сзади (по направлению к задней части тела), предполагая, что эта область тела лучше приспособлена для обработки механической нагрузки, возникающей во время плавания.
Кроме того, хотя ученые исторически изучали чередующиеся паттерны минерализации позвонков акул, чтобы определить их возраст, ключевой вывод этого исследования показывает, что эти паттерны не связаны со временем.
«Наши результаты показывают, что жесткость и жесткость, которые положительно коррелируют, могут действовать согласованно для поддержки боковых волнообразных движений тела, именно так акула перемещает свое тело и хвост из стороны в сторону, чтобы продвигаться вперед, обеспечивая при этом эффективную энергию. передача и возврат у этих быстро плавающих высших хищников ", – сказала Марианна Э. Портер, Ph.D., соавтор исследования, доцент кафедры биологических наук FAU и директор лаборатории биомеханики в Charles E. Шмидтский колледж наук.
Портер работал с аспирантом и первым автором исследования Даниэль I. Ingle; и Лиза Дж.
Натансон, Ph.D., соавтор программы Apex Predators, Национальная служба морского рыболовства, NOAA.
«Эти сравнительные данные нашего исследования действительно подчеркивают важность лучшего понимания механики хрящевого скелета в широком диапазоне условий нагрузки, которые характерны для плавательного поведения, которое мы наблюдаем в дикой природе», – сказал Ингл.