«Лобзик с зубами» помог впервые точно смоделировать укус акулы

Katherine Corn et al., 2016

Для точной имитации акульего укуса потребовалось устройство, способное моделировать быстрые движения головы акулы, «распиливающие» жертву рядами зубов. Американские ученые использовали для этого электрическую дрель, обнаружив интересные связи между морфологией зубов акулы и ее питанием. Об этом рассказывает статья, опубликованная журналом Royal Society Open Science.

Акулы демонстрируют уникальное для позвоночных разнообразие в морфологии зубов. Как правило, по одному зубу можно определить любой из примерно 400 видов акул: они могут быть треугольными и крюкообразными, глубоко или мелко иззубренными и т. п. Но если, например, у млекопитающих легко прослеживается связь между строением зубов и их функциональностью, то для акул никакой разницы до сих пор показать не удается. В лабораторных экспериментах их зубы совершенно разной морфологии демонстрировали практически одинаковую эффективность.


По мнению профессора Вашингтонского университета Адама Саммерса (Adam Summers) и его коллег, проблема тут не в зубах, а в постановке эксперимента. До сих пор, исследуя их в лаборатории, ученые применяли статические нагрузки, тогда как для воздействия на эластичные живые ткани важна скорость приложенного усилия. Саммерс с соавторами замечают, что большинство акул, кусая жертву, совершают быстрые и короткие движения головой, как бы распиливая ее. Ученые предположили, что в этих условиях эффективность разной морфологии зубов может проявиться ярче, и чтобы проверить это, разработали систему для проведения новых лабораторных экспериментов.

По словам Саммерса, конструкция достигает трех целей, ключевых для таких опытов: она позволяет сразу множеству зубов взаимодействовать с «добычей»; наносит разрезы при движениях в обе стороны, имитируя реальные действия акулы; дает возможность напрямую измерять глубину нанесенных повреждений. Впрочем, выглядит все достаточно просто: акульи зубы подходящего качества крепятся эпоксидной смолой к 12-дюймовым лезвиям для электролобзика, с которых предварительно сточены собственные зубья. Расположение зубов при этом имитирует их реальное положение в акульей челюсти, покрывая полотно лезвия минимум на четверть длины.

Готовое «лезвие» закреплялось на электрическом лобзике, смонтированном на раме, которая позволяет гасить лишние вибрации и точно позиционировать работающее устройство относительно установленного образца тканей «жертвы» — куска кеты (Oncorhynchus keta). С помощью такой системы Саммерс с коллегами протестировали функциональность зубов разных видов акул: шелковой (Carcharhinus falciformis) и серо-голубой (C. plumbeus) с зубами треугольной формы и небольшими зазубринами на них; тигровой (Galeocerdo cuvier) с загнутыми треугольными зубами и крупными зазубринами; наконец, шестижаберной акулы (Hexanchus griseus) с зубами, напоминающими пилу.

Частота режущих движений сохранялась в пределах 2800-2900 в минуту, так что лезвие двигалось на скорости около 2,7 метра в секунду — эти цифры авторы установили приблизительно, проанализировав 11 видеозаписей акульих укусов, на которых можно было различить скорость и размах их «рвущих» движений. Работу устройства фиксировала высокоскоростная видеокамера.

В таких условиях функциональные различия между акульими зубами разной морфологии проступили довольно отчетливо — и некоторые сделанные учеными наблюдения могут указывать на ранее неизвестные особенности жизни разных акул. В частности, авторы отметили, что зубы тигровой и шелковой акул не только быстрее режут жертву, но и стачиваются быстрее других, а значит, и отращивать их эти рыбы должны активнее прочих. И наоборот, шестижаберная акула не может рассекать жертву так эффективно, зато и стачиваются ее зубы медленнее. По мнению ученых, эти примеры отражают баланс, который каждый вид акул находит в морфологии своих зубов, — отношение между их остротой и продолжительностью службы.


Интересно, что эти нюансы строения зубов связаны и с более широкими аспектами питания акул. В частности, шестижаберные акулы с их туповатыми, но зато долговечными зубами, как правило, вовсе не заботятся о том, чтобы разделять добычу на куски, и стараются заглотить ее целиком. В отличие от них, тигровые акулы поедают жертву кусок за куском, отхватывая их своими острыми зубами.

Напомним, что год назад не менее интересная работа была посвящена зубам трицератопса, которые оказались сделаны из «композитных материалов».

Роман Фишман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.