Связь между формой нижней челюсти крокодила и его рационом

Исследователи показали, как форма морды крокодила может определять его способность питаться определёнными типами добычи — от крупных млекопитающих до мелкой рыбы.

Команда под руководством доктора Колина МакГенри и аспиранта Криса Уолмсли из Школы биомедицинских наук Университета Монаша сравнила прочность челюстей разных видов крокодилов при питании крупной добычей. С помощью компьютерных технологий они подвергли модели челюстей нагрузкам, возникающим при укусе, встряхивании и скручивании — типичных действиях при поедании крупной добычи. Были созданы 3D-изображения, показывающие распределение напряжения на челюстях семи различных видов крокодилов.

Оказалось, что нижние челюсти короткомордых крокодилов хорошо выдерживают нагрузки, имитирующие питание крупной добычей. В то же время челюсти с удлинённой формой с большей вероятностью ломались при тех же нагрузках, что демонстрирует их ограниченную способность питаться крупной добычей.

Результаты, подробно описанные в PLoS One, помогают понять, как форма черепа крокодила коррелирует с его прочностью. Это первое исследование, изучающее механику, лежащую в основе связи между формой нижней челюсти и рационом.

"Представление о том, что длинномордые крокодилы питаются в основном рыбой или мелкой добычей, хорошо известно, но биомеханика нижней челюсти (мандибулы) крокодилов ранее не изучалась", — отметил Крис Уолмсли.

Для тестирования биомеханики челюстей крупных крокодилов использовался вычислительный инженерный подход — метод конечных элементов (Finite Element Analysis), широко применяемый при проектировании самолётов, автомобилей, зданий, мостов и других конструкций.

"Мы обнаружили, что форма мандибулы последовательно коррелирует с её биомеханикой. Это означает, что нижние челюсти длинномордых видов были не такими прочными и с большей вероятностью ломались при питании крупной добычей. Поэтому неудивительно, что они, как правило, концентрируются на мелкой, подвижной водной добыче, в то время как животные с более короткой и крепкой мордой способны захватывать гораздо более крупную добычу", — пояснил Уолмсли.

Доктор МакГенри отметил, что выводы применимы к широкому кругу водных хищников, включая дельфинов и ископаемых морских рептилий.

"Интересно, что величина напряжения в челюсти была прямо пропорциональна длине симфиза — сустава между двумя половинами нижней челюсти. Это означает, что биомеханический ответ животного на силу можно точно предсказать, зная длину его "подбородка".

Косатки, аллигаторы и гребнистые крокодилы — все могут питаться крупной добычей. У всех этих видов симфиз составляет небольшую долю от длины челюсти. В то время как у рыбоядных крокодилов и дельфинов "подбородки" длинные и узкие".

Доктор МакГенри добавил, что необходимы дальнейшие исследования, чтобы объяснить, почему крокодилы, питающиеся мелкой добычей, имеют удлинённые морды.

"Мы предполагаем, что ответ кроется в гидродинамической эффективности удлинённых челюстей, и планируем изучить это дальше с помощью других вычислительных инженерных методов", — сказал он.