«В проекте приняли участие инженеры, которые знают компьютерное моделирование, и биологов, которые могут задать вопросы об эволюции», — сказал руководитель исследовательской группы, биолог-эволюционист Доминик Адрианс, доктор философии, профессор Гентского университета. «С биологической точки зрения мы хотим понять, как естественный отбор преобразовал относительно жесткий наследственный хвост, покрытый костными бронированными пластинами, в сложный хвост морского конька, который по-прежнему полностью покрыт бронированными пластинами, но является очень гибким».Адрианс, член Американской ассоциации анатомов (AAA), представит это исследование на ежегодном собрании AAA в рамках Experimental Biology 2015.
Команда использовала информацию о мышцах и костях настоящего хвоста морского конька, чтобы разработать компьютерную модель, которую они могут использовать, чтобы расшифровать, как хвост приобретает свои замечательные черты. Например, модель позволяет исследователям проверить, как определенные мышцы и скелетные структуры способствуют захватному движению хвоста и влияют на углы изгиба. Компьютерная модель позволяет исследователям манипулировать анатомией так, как это невозможно с живыми морскими коньками. Результат можно визуализировать как трехмерную анимацию хвоста и использовать для оценки энергии, необходимой для сгибания хвоста.
Исследовательская группа использовала тысячи трехмерных точек компьютерной модели для количественной оценки и картирования уникальной брони морского конька, а также его мышечной и скелетной системы. Затем они сравнили анатомию хвоста с анатомией других видов рыб в семействе морских коньков, некоторые из которых не имеют изогнутых или хватающих хвостов.«Мы выдвинули гипотезу, что вариации в захватывающих видах будут намного меньше, чем у нехватывающих рыб, потому что для создания гибкого и жесткого хвоста потребуются определенные строительные блоки», — сказал Адрианс. «К нашему удивлению, мы обнаружили различия в способах изготовления хватательного хвоста на основе одних и тех же скелетных и мускулистых элементов.
Хотя хватательный хвост — исключительное явление для рыб, он несколько раз независимо развивался внутри семейства, к которому принадлежат морские коньки. "Адрианс сотрудничает с Майклом Портером, доктором философии, доцентом кафедры машиностроения в Университете Клемсона, который хочет использовать полученные данные для создания гибкой и прочной защитной брони или для разработки длинных и тонких захватывающих роботов. .«Понимание механизмов, вовлеченных в эволюцию хвоста морского конька, позволяет нам исключить инженерную оптимизацию и вместо этого использовать биологию в качестве нашей модели оптимизации», — сказал Портер. «Эти знания позволяют нам настраивать свойства для достижения желаемых характеристик гибкости и прочности. Поскольку броня морского конька обеспечивает большую гибкость, было бы интересно посмотреть, сможем ли мы разработать бронированные устройства, которые обладают гибкостью и, хотя и не обязательно цепкими, будут иметь большой диапазон движений с несколькими степенями свободы ".
Морские коньки используют свои сильные и гибкие хвосты, чтобы прикрепиться к растениям и другим материалам на коралловых рифах или на морском дне, позволяя им прятаться от хищников.