Пожимание плечами заменило акулам язык

У многих позвоночных плечевой пояс помимо моторики участвует в кормлении. Так, даже у четвероногих, голова которых отделена от туловища шеей, эта структура соединяется с подъязычными мышцами. Важную роль в пищевом поведении она играет и у морских животных. Например, лучеперым рыбам плечевой пояс — он прикрепляется с разных сторон: от черепа к спинному плавнику и от тела к брюху — помогает всасывать пищу. Подобный механизм, как предполагается, необходим при слабых мышцах головы. Менее ясно, пользуются ли им акулы. У этих хрящевых рыб также нет шеи, но плечевой пояс не образует сочленения с черепом, U-образно тянется между правым и левым боками и перемещается в направлении хвоста.

Применить к акулам традиционную для таких исследований рентгеновскую съемку не удавалось: помимо необычной локализации их плечевой пояс имеет чрезвычайно жесткий мышечный каркас, внешние колебания которого трудно зафиксировать напрямую. Прошлые работы между тем показали, что проглатывание у этих рыб сопровождают характерные движения грудных плавников. Поскольку последние соединяются с плечевым поясом, авторы нового исследования предположили, что по ним можно отследить и механику всасывания. Для проверки гипотезы они ввели трем белопятнистым кошачьим акулам (Chiloscyllium plagiosum) мишени с вольфрамом и танталом, после чего кормили их кусочками кальмара или сельди.

Хрящи и мышцы, которые задействуются в кормлении C. plagiosum / Ariel L. Camp et al., Proceedings of the Royal Society B, 2017

Одновременно изображения, полученные с помощью двух рентгеновских аппаратов, фиксировали высокоскоростные видеокамеры, а компьютерный томограф (КТ) очищал снимки от артефактов. Затем на основе полученных записей ученые построили трехмерные анимированные модели, на которых отображались микродвижения целевых хрящей, в частности скапулокоракоида — части грудного пояса, формирующего фактически примитивный плечевой. По словам исследователей, общий механизм проглатывания для всех особей был одинаков: быстро раскрыв челюсти и опустив подъязычную кость, они проталкивали пищу изо рта в пищевод. Кинематика отдельных хрящей, однако, носила индивидуальный характер.

Перед раскрытием челюстей скапулокоракоид подтягивал плечевой пояс к черепу и брюху, отклоняясь не менее чем на пять и два миллиметра соответственно. Незадолго до пика деформации структура начинала восстанавливаться и возвращалась в исходное положение (к хвосту) спустя 123–151 миллисекунду. Вместе со скапулокоракоидом смещались коракоид (расположен под областью, соответствующей лопаткам) и рогоподъязычная кость — она сдвигалась (назад) раньше, чем остальные хрящи, и отклонялась более существенно — до 15 миллиметров. Каскад повторялся до поступления пищи в желудок. Таким образом, гипотеза подтвердилась: плечевой пояс у кошачьих акул выполняет функцию языка, которого они лишены.

Исследователи отметили, что полученные данные ставят под сомнение гипотезу о том, что плечевой пояс опосредует только движения грудных плавников и не участвует в кормлении этих рыб. Хотя наблюдения проводились на C. plagiosum, аналогичный механизм ожидается увидеть и у других представителей надотряда.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.