Størrelsen betyder ikke noget - i det mindste for hammerhoveder og svømning

Hajer kommer i alle former og størrelser, og måske den mest usædvanlige er hammerhajen, let genkendes på dets underligt formede hoved. Det meste af forskningen i hammerhoveder har fokuseret specifikt på deres lateralt udvidede hoveder, eller cephalofoil, og hvordan de bruger det til at se og lugte samt dets virkninger på hydrodynamik og sensorisk effektivitet. Der er omkring ni kendte arter af hammerhajer med dramatiske forskelle i deres kropsform, herunder formen og størrelsen af ​​deres hoveder. Mens der er meget kendt om variationerne i deres elektromodtagelse, lugte og syn, meget lidt vides om, hvorvidt deres formforskelle påvirker deres svømmepræstation eller ej.

Forskere fra Florida Atlantic University har udført den første undersøgelse for at undersøge hele kropsformen og svømmekinematik af to nært beslægtede, men meget forskellige hammerhovedarter:Bonnethead og Scalloped hammerhead, med nogle uventede resultater.

Voksne Bonnetheads er omkring 2 til 3 fod lange og deres hovedbredde udgør omkring 18 procent af deres kropslængde; voksne hammerhoveder er tættere på 12 fod lange, og deres hovedbredde udgør omkring 30 procent af deres kropslængde. På trods af disse forskelle, resultaterne af denne nye undersøgelse, vist på forsiden af ​​det aktuelle nummer af Journal of Experimental Biology , finder det til sidst, størrelse eller form betyder virkelig ikke noget, i hvert fald når det kommer til svømning.

Ved at bruge en tværfaglig tilgang i Biomekanik Laboratoriet i FAU's Charles E. Schmidt College of Science under ledelse af Marianne E. Porter, Ph.D., adjunkt i biologiske videnskaber og medforfatter til undersøgelsen, forskerne satte sig for at teste deres hypotese. Forskellige hovedformer og forskellige kropsstørrelser af hammerhajer bør resultere i forskelle i deres svømmepræstation.

Inden studiestart, Portør, Sarah L. Hoffmann, hovedforfatter og en ph.d. studerende i biologiske videnskaber, og Steven Matthew Warren, medforfatter og senior ved Institut for Maskin- og Oceanteknik på FAU's Ingeniør- og Datalogihøjskole, gennemgået CT-scanninger af begge arter af hammerhajer. Fordi hajer udelukkende består af brusk, der er stærkt mineraliseret, de var i stand til at se de markante forskelle i de to arter af hajernes fysiologi fra disse scanninger.

For at teste deres hypotese, de fokuserede på bølgedannelse, hvilket er hvordan en haj bevæger sin krop og hale fra side til side for at drive sig selv fremad. Målet:at finde ud af, om kroppens bevægelser ændrer sig mellem disse to arter med meget forskellige hovedformer.

Fra og med 2015, de så timevis af video af hammerhoveder og kappehoveder svømmende. De så på haleslagsfrekvens og haleslagsamplitude. De analyserede video sekventielt for at vælge klip, hvor hajer gennemførte mindst tre haleslagscyklusser med straight, stabil svømning. Warren analyserede og kondenserede derefter videoerne til et minut langt segment for at gøre det muligt for forskerholdet at bruge målingerne til at sammenligne svømmemekanik mellem de to arter. De var i stand til at få alle de målinger, de havde brug for, fra det fortættede et minuts videooptagelser.

"Et af de mere unikke aspekter af vores undersøgelse er, at vi var i stand til at observere disse hajer svømme i store tanke, der bevæger sig naturligt rundt, " sagde Porter. "De fleste undersøgelser placerer hajer i rende, som dybest set er undervandsløbebånd, der tvinger dem til at bevæge sig. Vi er interesserede i at lære, hvordan disse dyr bevæger sig i og for sig selv for både bevaringsindsats og virkelige verden applikationer såsom bioinspireret teknik."

Resultaterne af undersøgelsen afslørede, at Bonnetheads svinger deres kroppe længere ind og ud og derfor har en større bølgeamplitude. På den anden side, Fungerede hammerhoveder bøjer hurtigere og har en højere bølgefrekvens.

"Da vi korrigerede for deres kropsstørrelse, vi opdagede, at de faktisk svømmede med samme hastighed for at komme til punkt A og B, men gjorde det på forskellige måder, sagde Hoffmann. Selvom de er forskellige, de kommer til samme destination på samme tid; de bruger bare forskellige kropsmekanikker."

Et nøgleresultat fra deres undersøgelse er, at hos begge arter bevæger hovedet sig med en anden hastighed end resten af ​​kroppen. Faktisk, den bevæger sig faktisk meget hurtigere frem og tilbage end resten af ​​kroppen. Ligesom stør, en art af fisk, forskerne opdagede, at disse hammerhoveder har et dobbelt oscillerende system. De spekulerer i, at det er på grund af en øget evne til sanseopfattelse.

"Der er ingen måde, at vi kunne have forudset det dobbelte oscillationssystem i denne art, " sagde Hoffmann. "Hovedbevægelsen er anderledes end resten af ​​kroppens bevægelse er noget, der næsten er umuligt at se med det blotte øje."

Forskerne påpeger, at med det dobbelte oscillationssystem, hajens hoved bevæger sig meget hurtigere end resten af ​​deres krop, i det væsentlige for at scanne mere af deres miljøs substrat.

"Tænk på det som en metaldetektor, når du flytter det frem og tilbage, " sagde Hoffmann. "De kommer til at dække mere område for elektroreception og lugte, og de skal være i stand til at gøre det i et større tempo end resten af ​​deres krop."