Колебания головы помогли рыбе-молоту быстро плыть
К таким выводам ученые пришли, сравнив плавание двух видов акул, размер которых отличается почти в два раза. Исследование опубликовано в Journal of Experimental Biology.
Известно, что плавание рыб достаточно хорошо оптимизировано. Для того, чтобы развивать большую скорость, рыбам удается затрачивать достаточно небольшую энергию. Это получается за счет жесткой связи между длиной тела, частотой и амплитудой колебаний хвостового плавника и скоростью. Описывается эта связь с помощью безразмерного числа Струхаля, которое практически у всех рыб находится в узком диапазоне от 0,2 до 0,4, и отношением амплитуды колебания хвоста рыбы к длине ее тела.
В своей новой работе американские биологи показали, что у молотоголовых акул на скорость и маневренность плавания сильно влияет и движение головой-молотом. Для этого они сравнили плавание акул двух видов: крупную бронзовую акулу-молота (Sphyrna lewini) и малую акулу-молота (она же акула-лопата, Sphyrna tiburo).
Тело одной из самых крупных молотоголовых акул бронзовой акулы-молота обычно имеет длину от полутора да трех метров и массу от нескольких десятков до ста килограмм. Рыба-лопата — наоборот, одна из самых маленьких молотоголовых акул, длина ее тела обычно не превышает одного метра, а масса тела составляет около десяти килограмм. Отношение ширины головы-молота к телу для этих акул тоже отличается. Если для бронзовой акулы-молота оно может достигать 50 процентов, то для акулы-лопаты не превышает 18 процентов.
Схема тела молотоголовой акулы. За кинематику плавания отвечают в первую очередь колебания передней и задней частей тела. S. L. Hoffmann et al./Journal of Experimental Biology, 2017
Особенности движения этих двух видов ученые сравнили, проанализировав видеозаписи с акулами, плавающими в крупных водоемах. Кинематику движения представителей двух видов ученые сравнили по следующим параметрам: отношение скорости рыбы и амплитуды колебаний его хвостового плавника к длине ее тела, частоту колебаний хвоста и число Струхаля. Оказалось, что по всем этим параметрам плавание двух рыб разного размера не отличается.
По результатам анализа движения рыб ученые предположили, что при плавании рыба-молот использует два типа колебаний: кроме обычных для все рыб колебаний хвостового плавника, молотоголовые акулы дополнительно используют колебательные движения головы. Частота колебательных движений передней части тела заметно превышает частоту колебаний остального тела: акула совершает примерно одно колебание хвоста в секунду, а частота колебаний передней части тела примерно в два раза выше. По предположениям ученых частота колебаний головы связана с формой поперечного сечения передней части тела, которая задает жесткость тела и ограничивает его подвижность и амплитуду возможных колебаний.
Известно, что для всех молотоголовых акул чем больше размер вытянутой в горизонтальном направлении головы, тем меньше размер их грудных плавников, то есть часть функций этих частей тела связаны между собой. Поэтому ученые предполагают, что такие быстрые колебания головы не только помогают акуле быстрее и маневреннее плавать, но и нужны ей для сканирования пространства вокруг себя.