Мышцы для плавания помогают окуням засасывать пищу
Рыбы — мощные едоки. У многих видов крупные мышцы вдоль спины и брюха обеспечивают рывок скорости для преследования добычи. А в момент атаки они создают мощное всасывание, затягивая жертву в внезапно раскрывающуюся пасть. Оказывается, эти силовые рывки — не анатомическое совпадение. Новое исследование показывает, что большеротый окунь получает силу для «всасывания» от тех же самых мышц, что обеспечивают ему силу для плавания.
В Proceedings of the National Academy of Sciences исследователи из Университета Брауна показали, что мышцы головы окуня практически не обеспечивают мощность (пиковая — 15 Вт), необходимую для удвоения объема рта, создающего мощный вакуум. Вместо этого сложная система костей рта действует как пассивные спицы зонта, приводимые в движение тягой плавательных мышц тела. Эволюционно возникшая связь между телом и головой передает ту же мышечную силу, доступную для движения, в рот для захвата добычи.
В 1950-х годах исследователи впервые предположили, что тело может участвовать в питании за счет всасывания, но эта идея никогда не проверялась и не измерялась на рыбах во время кормления.
Более того, в дебатах о том, как рыбы создают всасывание, немногие, если вообще кто-либо, отводили плавательным мышцам такую большую роль.
Объем прожорливого вакуума
Исследователи смогли сделать свои выводы, записав высокоточные 3D рентгеновские видео трех окуней, поедающих золотых рыбок, в лаборатории X-ray Reconstruction of Moving Morphology.
Это позволило отследить и визуализировать движение всех костей в голове каждой рыбы. Это дало возможность рассчитать изменение объема рта много раз в секунду во время захвата добычи. Эти измерения, вместе с данными о давлении воды во рту, позволили рассчитать мощность, затрачиваемую в процессе питания.
Затем исследователи рассчитали мощность, производимую каждой из мышц рта, а также плавательными мышцами тела во время акта всасывания. Их анализ показал, что до 95% мощности, необходимой для всасывания, поступает от плавательных мышц, а не от мышц рта. Мышцы рта были просто слишком слабы, чтобы производить что-либо, кроме небольшого всасывания.
Эволюционные последствия
Результаты имеют интригующие последствия для эволюции рыб и нейробиологии и иллюстрируют пределы возможностей мышц у многих видов.
Например, это может объяснить, почему у этих рыб эволюционировало довольно сложное расположение костей во рту. Эта система, по-видимому, отлично работает для быстрого раскрытия, когда её тянут эти крупные мышцы тела через связующий механизм.
В то же время в статье исследователи восхищаются подвигом нервно-мышечного контроля, которого должна достичь рыба, чтобы резко переключиться с плавания в погоне за добычей на использование тех же самых мышц для создания всасывания. Мышцы должны выполнять совершенно разные движения для каждого вида деятельности.
В более широком анатомическом контексте исследование подчеркивает момент, иллюстрируемый не только окунем, но и бейсболом. Меньшие мышцы сами по себе могут сделать лишь ограниченное усилие. Так же, как окуни, по-видимому, эволюционировали, чтобы задействовать мышцы тела для создания всасывания, питчеры и бьющие учатся задействовать гораздо больше, чем просто руки, чтобы бросать и бить с максимальной силой.
«Если вам нужно очень мощное действие, как этим рыбам, требуется сложная эволюционная схема, позволяющая задействовать больше мышц за пределами головы».
Очевидно, для окуня питание — это спорт для всего тела.