Анатомия каски шлемоносного калао: как она выдерживает воздушные поединки

Новое исследование раскрывает, как удивительная внутренняя анатомия каски (выроста на клюве) шлемоносного калао (Rhinoplax vigil) позволяет ей выдерживать повреждения во время воздушных столкновений-поединков с соперниками. Учёные надеются, что это новое понимание поможет сохранить этот вид, находящийся на грани исчезновения, а также даст новые идеи для разработки устойчивых к ударам биомиметических материалов.

"Когда я начал работать в Гонконге, я посетил группу криминалистики в области охраны природы Городского университета Гонконга (HKU), чтобы обсудить их исследования, и они познакомили меня с этой удивительной птицей, её причудливой черепной анатомией и угрозами, которые представляет для вида незаконная торговля дикими животными", — говорит доктор Мейсон Дин, доцент сравнительной анатомии в HKU.

Каска шлемоносного калао, ценимая на чёрном рынке за свой массивный вырост из «кости-ivory», спереди покрыта толстым слоем кератина, а внутри заполнена исключительно плотной сетью костных трабекул (перемычек), в отличие от полых касок у большинства других видов птиц-носорогов.

"Когда я узнал больше об этом виде, я обнаружил в музее срез высушенного черепа, который показал ошеломляющее «скопление» трабекул в каске. Услышав, что особи, как известно, сталкиваются касками в воздухе во время демонстраций, я просто должен был узнать больше об их функциональной морфологии", — отмечает доктор Дин.

Используя микро-КТ, команда исследовала иерархическую архитектуру черепа, объединив методы биологии, материаловедения и инженерии. Они изучили, как кость взаимодействует с кератином, и сложную решётчатую структуру костных трабекул, поддерживающую ударную поверхность черепа.

Ключевые открытия:

• Трабекулы в каске калао в среднем такие же толстые или даже толще, чем в бедренной кости слона, что противоречит общей тенденции масштабирования трабекул с размером животного.
• Массивный массив трабекул направляется обратно к мозговой капсуле, как пучок воздушных корней баньяна, сходясь на костной платформе, которая значительно более укреплена, чем у других изученных видов птиц-носорогов.
• Вся эта анатомия показывает, как череп шлемоносного калао приспособлен выдерживать одни из самых быстрых известных биологических ударов, когда самцы сталкиваются головами в «воздушных поединках» на скорости, сравнимой со столкновениями автомобилей.

Значение для сохранения вида и технологий:

• Из-за незаконной торговли, особенно в Азии, этот вид теперь имеет статус Находящегося на грани полного исчезновения (Critically Endangered) в Красном списке МСОП. Многие изученные черепа всё ещё содержали пули, вероятно, убившие птицу.
• Поскольку вид скрытный и за ним трудно наблюдать в дикой природе, такие исследования важны для понимания его биологии и разработки инструментов идентификации продуктов незаконной торговли.
• Шлемоносный калао может стать моделью для лёгких ударопрочных материалов, что может дать решения для областей, где управление столкновениями жизненно важно: от шлемов до транспортных средств и колёс космических роверов.

Исследование было представлено на ежегодной конференции Общества экспериментальной биологии (Society for Experimental Biology) в Праге 2–5 июля 2024 года.