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研究探討了生物條件下鯊魚脊椎的機械行為

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-09-28瀏覽次數:798

人們認為這不僅僅是牙齒和下巴。這也是他們時尚的造型和獨特的骨架妝容,引起了人們的關注。與人類和大多數陸生動物不同,鯊魚有軟骨骨骼而不是骨骼。這使他們能夠以令人難以置信的速度在水中移動。由于軟骨的重量不如骨頭,密度較低,因此鯊魚在海洋中彎曲,游泳和操縱的方式與他們的硬骨魚不同。

由于鯊魚的大小和形狀各不相同,因此它們的形態,生理和游泳風格差異很大。例如,正常的脫粒鯊依靠它的尾巴在喂食時擊暈獵物。它的椎骨大小和它們的力學可以解釋為什么它依賴于像鞭子一樣強大的長尾巴。以這種方式移動分別需要低剛度和韌性,或低變形阻力和吸收能量的能力。

鯊魚的脊柱由組織成分和形態之間的動態和復雜的相互作用控制,并且在生長,礦化和機械性質方面存在許多差異。

來自佛羅里達大西洋大學的Charles E. Schmidt理學院和國家海洋和大氣管理局(NOAA)的國家海洋漁業局的科學家們預測,成熟的老化鯊魚的椎骨中央部分將更加堅硬和堅韌。所以他們決定測試他們的理論。

他們研究了六種鯊魚的軟骨力學,這些鯊魚在其長度和年齡范圍內具有生物學相關性。他們在六種不同的物種中觀察到幼小的幼稚(年輕)鯊魚,未成熟的鯊魚和成熟的鯊魚:黑鯊(Carcharhinus obscurusp); por魚(Lamna nasus);還有大白鯊(Carcharodon carcharias)。鯊魚; shortfin mako(Isurus oxyrinchus)和常見的脫粒鯊(Alopias vulpinus)。

在這項研究中,研究人員將鯊魚的身體分為兩個區域:前部(胸鰭插入和第一背鰭起源)和后部(第二背鰭起源和前尾)。他們使用稱為射線照相術的成像技術進行了機械測試,并使用簡單的線性回歸評估了剛度和韌性之間的關系。

人們認為,因為人類和許多動物往往變得僵硬,并且在成年期可能會更加強硬,鯊魚也是如此。令人驚訝的是,與他們的假設相反,研究人員發現了這些快速移動的海洋捕食者的反面。

這項發表在實驗生物學雜志上的研究表明,最年輕的鯊魚比老鯊魚更難(抵抗壓迫)和更強壯(能夠吸收更多能量)。研究人員推測,年輕鯊魚的軟骨在軟骨內的礦物基質中的“中斷”較少。他們還發現,軟骨在后部椎骨(朝向身體后部)更加僵硬和堅韌,這表明該身體區域能夠更好地處理游泳期間發生的機械負荷。

此外,盡管科學家歷史上研究了鯊魚刺的礦化模式以確定其年齡,但本研究的一項重要發現表明這些模式與時間無關。

“我們的研究結果表明,韌性和剛度是正相關的,并且可以協同作用以支持側向波動,這就是鯊魚如何將身體和尾巴從一側移動到另一側以推動自身前進,同時為這些快速游泳提供有效能量。該研究的共同作者Marianne E. Porter博士是FAU生物力學系助理教授,施密特科學研究所。施密特科學研究所。

波特與研究生和研究主要作者Danielle I. Ingle一起工作;和Lisa J. Natanson,博士,國家海洋漁業局Apex Predator Program,NOAA的合著者。

“這些來自我們研究的比較數據確實強調了在不同負荷條件下更好地理解軟骨骨骼力學的重要性,這代表了我們在野外看到的游泳行為,”Ingle說。

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