研究探讨了生物条件下鲨鱼脊椎的机械行为

人们觉得这不仅仅是他们的牙齿和下巴。这也是他们时髦的造型和独特的骨骼化妆，吸引了人们的注意力。与人类和大多数陆地动物不同，鲨鱼具有矿化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。由于软骨重量小于骨骼且密度较低，因此鲨鱼可以在海洋中弯曲，游泳和操纵的方式与它们的硬骨鱼类不同。

由于鲨鱼的大小和形状各不相同，因此它们的形态，生理和游泳方式都有很大差异。例如，普通的脱粒机鲨鱼在喂食时依靠它的尾巴来击晕猎物，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操作的强而长的尾巴。以这种方式移动分别需要低刚度和韧性，或者较低的变形阻力和吸收能量的能力。

鲨鱼的脊柱受组织成分和形态之间的动态和复杂相互作用控制，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查尔斯·施密特科学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，成熟的老龄鲨鱼的椎骨中心部分会更硬，更坚韧。所以他们决定对他们的理论进行测试。

他们检查了六种鲨鱼的软骨力学，这些鲨鱼在生物学相关的条件下沿着它们的身体长度和一系列年龄。他们观察了来自六种不同物种的小型幼稚(幼崽)鲨鱼，未成熟鲨鱼和成熟鲨鱼：昏暗的鲨鱼(Carcharhinus obscurusp);por鱼(Lamna nasus);和大白鲨一样的魅力鲨鱼(Carcharodon carcharias);shortfin mako(Isurus oxyrinchus)和常见的长尾鲨(Alopias vulpinus)。

在研究中，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部)。他们进行了机械测试，使用了一种称为X射线照相的成像技术，并使用简单的线性回归评估了刚度和韧性之间的关系。

人们会认为，由于人类和许多动物在成年后往往会变得僵硬并且可能更加坚韧，对于鲨鱼来说也是如此。令人惊讶的是，与他们的假设相反，研究人员在这些快速游动的海洋食肉动物中发现了相反的情况。

该研究结果发表在“实验生物学杂志”上，表明最年轻的鲨鱼比老鲨鱼更硬(能够抵抗压缩)和更强韧(能够吸收更多能量)。研究人员推测，来自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，软骨在位于后方的椎骨(朝向身体后部)更硬，更坚韧，这表明这个身体区域更适合处理游泳过程中发生的机械负荷。

此外，虽然科学家历史上一直在研究鲨鱼脊椎上的矿化模式，以确定它们的年龄，但这项研究的一个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，可以协同作用以支持侧身波动，这就是鲨鱼如何将身体和尾巴从一侧移动到另一侧以向前推进，同时提供有效的能量这些快速游泳的顶尖捕食者的传播和返回，“该研究的共同作者，FAU生物科学系助理教授，Charles E生物力学实验室主任Marianne E. Porter博士说。施密特科学学院。

波特与研究生和研究的第一作者Danielle I. Ingle一起工作;和Lisa J. Natanson，博士，共同作者，国家海洋渔业局Apex掠夺者计划，NOAA。

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

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