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研究探讨了生物条件下鲨鱼脊椎的机械行为

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2019-09-28浏览次数:798

人们认为这不仅仅是牙齿和下巴。这也是他们时尚的造型和独特的骨架妆容,引起了人们的关注。与人类和大多数陆生动物不同,鲨鱼有软骨骨骼而不是骨骼。这使他们能够以令人难以置信的速度在水中移动。由于软骨的重量不如骨头,密度较低,因此鲨鱼在海洋中弯曲,游泳和操纵的方式与他们的硬骨鱼不同。

由于鲨鱼的大小和形状各不相同,因此它们的形态,生理和游泳风格差异很大。例如,正常的脱粒鲨依靠它的尾巴在喂食时击晕猎物。它的椎骨大小和它们的力学可以解释为什么它依赖于像鞭子一样强大的长尾巴。以这种方式移动分别需要低刚度和韧性,或低变形阻力和吸收能量的能力。

鲨鱼的脊柱由组织成分和形态之间的动态和复杂的相互作用控制,并且在生长,矿化和机械性质方面存在许多差异。

来自佛罗里达大西洋大学的Charles E. Schmidt理学院和国家海洋和大气管理局(NOAA)的国家海洋渔业局的科学家们预测,成熟的老化鲨鱼的椎骨中央部分将更加坚硬和坚韧。所以他们决定测试他们的理论。

他们研究了六种鲨鱼的软骨力学,这些鲨鱼在其长度和年龄范围内具有生物学相关性。他们在六种不同的物种中观察到幼小的幼稚(年轻)鲨鱼,未成熟的鲨鱼和成熟的鲨鱼:黑鲨(Carcharhinus obscurusp); por鱼(Lamna nasus);还有大白鲨(Carcharodon carcharias)。鲨鱼; shortfin mako(Isurus oxyrinchus)和常见的脱粒鲨(Alopias vulpinus)。

在这项研究中,研究人员将鲨鱼的身体分为两个区域:前部(胸鳍插入和第一背鳍起源)和后部(第二背鳍起源和前尾)。他们使用称为射线照相术的成像技术进行了机械测试,并使用简单的线性回归评估了刚度和韧性之间的关系。

人们认为,因为人类和许多动物往往变得僵硬,并且在成年期可能会更加强硬,鲨鱼也是如此。令人惊讶的是,与他们的假设相反,研究人员发现了这些快速移动的海洋捕食者的反面。

这项发表在实验生物学杂志上的研究表明,最年轻的鲨鱼比老鲨鱼更难(抵抗压迫)和更强壮(能够吸收更多能量)。研究人员推测,年轻鲨鱼的软骨在软骨内的矿物基质中的“中断”较少。他们还发现,软骨在后部椎骨(朝向身体后部)更加僵硬和坚韧,这表明该身体区域能够更好地处理游泳期间发生的机械负荷。

此外,尽管科学家历史上研究了鲨鱼刺的矿化模式以确定其年龄,但本研究的一项重要发现表明这些模式与时间无关。

“我们的研究结果表明,韧性和刚度是正相关的,并且可以协同作用以支持侧向波动,这就是鲨鱼如何将身体和尾巴从一侧移动到另一侧以推动自身前进,同时为这些快速游泳提供有效能量。该研究的共同作者Marianne E. Porter博士是FAU生物力学系助理教授,施密特科学研究所。施密特科学研究所。

波特与研究生和研究主要作者Danielle I. Ingle一起工作;和Lisa J. Natanson,博士,国家海洋渔业局Apex Predator Program,NOAA的合着者。

“这些来自我们研究的比较数据确实强调了在不同负荷条件下更好地理解软骨骨骼力学的重要性,这代表了我们在野外看到的游泳行为,”Ingle说。