太平洋多刺角鲨 (Squalusuckleyi) 螺旋肠的 CT 扫描图像。 肠的起点在左边，末端在右边。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
与流行媒体所描绘的相反，我们实际上对鲨鱼吃什么知之甚少。 对于它们如何消化食物以及它们在更大的海洋生态系统中所扮演的角色，人们知之甚少。
一个多世纪以来，研究人员一直依靠鲨鱼消化系统的平面草图来辨别它们的功能——以及它们吃和排泄的东西如何影响海洋中的其他物种。 现在，研究人员已经对近三打鲨鱼物种的肠道进行了一系列高分辨率的 3D 扫描，这将促进对鲨鱼如何进食和消化食物的理解。
三只光滑的角鲨（Mustelus canis）。 信用：伊丽莎白罗伯茨/维基共享资源
“现在是时候使用一些现代技术来观察这些真正令人惊叹的鲨鱼螺旋肠了，”加州州立大学多明格斯山分校助理教授、主要作者萨曼莎·利说。 “我们开发了一种对这些组织进行数字扫描的新方法，现在可以非常详细地查看软组织，而无需对其进行切片。”
来自加州州立大学多明格斯山分校、华盛顿大学和加州大学欧文分校的研究小组于 21 月 XNUMX 日在期刊上发表了他们的研究结果 英国皇家学会学报B程序.
角鲨螺旋肠的 CT 扫描图像，从顶部向下显示。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
研究人员主要使用华盛顿大学星期五港实验室的计算机断层扫描 (CT) 扫描仪来创建鲨鱼肠道的 3D 图像，这些图像来自洛杉矶自然历史博物馆保存的标本。 该机器的工作原理类似于医院使用的标准 CT 扫描仪：从不同角度拍摄一系列 X 射线图像，然后使用计算机处理组合以创建 XNUMXD 图像。 这使研究人员能够看到鲨鱼肠道的复杂性，而无需解剖或干扰它。
一条活的太平洋多刺角鲨（Squalusuckleyi）。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
“CT 扫描是从三个维度了解鲨鱼肠道形状的唯一方法之一，”共同作者亚当萨默斯说，他是华盛顿大学星期五港实验室的教授，他领导了一项全球性的扫描鱼类和其他骨骼的工作。脊椎动物。 “肠道是如此复杂——有如此多的重叠层，解剖会破坏组织的背景和连接性。 这就像通过将剪刀卷成卷来试图理解报纸上的报道一样。 故事不会连在一起。”
光滑角鲨 (Mustelus canis) 螺旋肠的 CT 扫描图像，如图所示
从上往下看。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
从他们的扫描中，研究人员发现了关于鲨鱼肠道功能的几个新方面。 这些螺旋形器官似乎减缓了食物的运动并将其引导向下通过肠道，除了蠕动外，还依靠重力和肠道平滑肌的节律性收缩。 它的功能类似于一个多世纪前由尼古拉·特斯拉设计的单向阀，允许流体沿一个方向流动，无需任何运动部件的回流或辅助。
这一发现可以为鲨鱼如何进食和加工食物提供新的线索。 Leigh 解释说，大多数鲨鱼通常在大餐之间间隔几天甚至几周，因此它们依赖于能够在其系统中保存食物并吸收尽可能多的营养。 由螺旋肠引起的食物通过肠道的缓慢运动可能使鲨鱼能够更长时间地保留食物，而且它们在处理食物时消耗的能量也更少。
该视频展示了太平洋多刺角鲨 (Squalusuckleyi) 螺旋肠的 3D 图像。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
研究人员说，因为鲨鱼是海洋中的顶级捕食者，而且还吃很多不同的东西——无脊椎动物、鱼类、哺乳动物甚至海草——它们自然地控制着许多物种的生物多样性。 了解鲨鱼如何处理它们吃的东西，以及它们如何排泄废物，对于了解更大的生态系统很重要。
“绝大多数鲨鱼物种，以及它们的大部分生理特征，都是完全未知的。 每一次自然历史观察、内部可视化和解剖研究都向我们展示了我们无法猜测的东西，”萨默斯说。 “我们需要更仔细地观察鲨鱼，特别是，我们需要更仔细地观察下颚以外的部分，以及不与人互动的物种。”
这段视频展示了太平洋多刺角鲨 (Squalusuckleyi) 螺旋肠的软组织，从不同角度旋转和观察。 图片来源：Samantha Leigh/加利福尼亚州立大学多明格斯山
作者计划使用 3D 打印机创建几种不同鲨鱼肠道的模型，以测试材料如何实时通过结构。 他们还希望与工程师合作，利用鲨鱼肠作为工业应用的灵感，例如废水处理或从水柱中过滤微塑料。
参考：20 年 2021 月 XNUMX 日， 英国皇家学会学报B程序.
DOI：10.1098 / rspb.2021.1359
该论文的其他合著者是加州大学欧文分校的 Donovan German 和 Applied Biological Services 的 Sarah Hoffmann。
这项研究由星期五港湾实验室、加州大学欧文分校海洋研究生研究奖学金、纽柯克中心研究生研究奖学金、国家科学基金会研究生研究奖学金计划和加州大学欧文分校资助。
