Home » Когда нападают скаты? | Смитсоновский институт

Когда нападают скаты? | Смитсоновский институт

Когда нападают скаты?  |  Смитсоновский институт

Искусственная нога помогает исследователям из Калифорнийского государственного университета в Лонг-Бич определить, как реагируют скаты, когда они вступают в контакт с людьми.
Томас Р. Кордова / Лонг-Бич Пост

Эта статья из журнала Hakai Magazine, онлайн-издания о науке и обществе в прибрежных экосистемах. Больше подобных историй читайте на сайте hakaimagazine.com.

Stingray 12 на удивление спокоен для животного, которого подвергают давлению. Скат размером примерно с обеденную тарелку погружен в песок резервуара размером с морозильник; даже золотые глаза на ее макушке закопаны в осадке. Она остается неподвижной, пока исследователь Бен Перлман из Калифорнийского государственного университета в Лонг-Бич (CSULB) осторожно счищает песок с ее пятнисто-коричневого тела – ракель предлагает ученому небольшую защиту от опасно выглядящих шипов, торчащих на середине хвоста Стингрея-12. .

— Извините, что беспокою вас, — бормочет Перлман.

Шесть студентов бакалавриата заглядывают ему через плечо, а одна, Карли Бреннер, выходит вперед, держа в руках силиконовую человеческую ногу, напечатанную на 3D-принтере, приклеенную к трубе из ПВХ.

«Немного ближе, немного ближе», — тренирует Перлман, пока Бреннер поднимает ногу в нескольких дюймах от тела ската. «Дерзайте», — говорит он, и Бреннер целится в левый грудной плавник ската, топая его гибкой ногой.

Луч вообще не движется.

«Нет ответа», — говорит Перлман. Результат будет занесен в его лабораторное исследование того, что заставляет скатов нападать — наука, которая, как надеется Перлман, в конечном итоге поможет людям избежать болезненных укусов зазубренных шипов, каждый из которых имеет длину большого пальца ноги взрослого человека.

Лаборатория Перлмана в Лонг-Бич, штат Калифорния, метко названная STABB, что означает «Лаборатория биомеханики скатов и бабочек» (проект бабочки в настоящее время приостановлен) — исследует, как и почему скаты двигаются и ведут себя именно так. Сил-Бич, одно из популярных мест для серфинга в городе, расположенное в трех милях от лаборатории, в просторечии известно как Рэй-Бэй. Скаты любят собираться там, в спокойных, теплых водах в устье реки Сан-Габриэль, и спасатели ежегодно фиксируют более 500 болезненных ножевых ранений от скатов. Изучение поведения скатов и процесса их укуса может открыть новое окно в взаимодействие человека с тем, что в лаборатории называют «опасными блинами», говорит Перлман.

Его исследования сосредоточены на круглые лучи— самый многочисленный вид скатов, обитающий в водах Калифорнии. Их поведение также делает их наиболее опасными для ничего не подозревающих прохожих. В то время как другие скаты быстро убегают при малейшем намеке на опасность, круглые скаты остаются зарытыми в песке и даже задерживают дыхание, когда хищник, такой как молодая большая белая акула, или предполагаемый хищник, такой как человек, проходит мимо, полагаясь на свои пестрые пятна. цвет для камуфляжа. Именно такое защитное поведение повышает вероятность того, что на них наступят, и объясняет, почему подавляющее большинство травм скатов в Калифорнии связано с круглыми скатами, а не скатами летучих мышей или ромбовидными скатами, которые также обитают в этом районе.

Зубцы ската — это своего рода кожный зубчик, похожий на зуб, на хвосте, которым можно вращать. При ударе животное выделяет токсин из железистых клеток у основания одного из зазубрин. Токсин проходит по слизистой оболочке и попадает в организм реципиента через колотую рану. У некоторых видов скатов есть зазубрины с зазубренными насечками, из-за которых зазубрины могут впиться в кожу нападавшего.

Стингрей Барб

Зазубренный край бородки ската может проколоть кожу человека и прилипнуть к ней.

Томас Р. Кордова / Лонг-Бич Пост

Крис Лоу, биолог акул, ведущий Лаборатория акул CSULBПо оценкам, около 10 000 человек в год получают ранения от скатов в Южной Калифорнии. Круглые скаты подобны котлетам для гамбургеров для молодых белых акул, и это одна из причин, по которой Лоу и его коллеги-учёные-акулисты проявляют большой интерес к распространению и популяциям скатов. Лаборатория акул, основанная в 1960-х годах, годами изучала скатов, но никогда не изучала механику их укусов.

Перлман, тем временем, не намеревался исследовать скатов — он рыбный биомеханик, который изучал, как окунь-серфингист плавает в зарослях водорослей и как рыбы-амфибии в тропиках используют свои мышцы, чтобы вытаскиваться из воды. Он также изучал, как крылья птиц могут менять форму во время полета и как лягушки-быки нагружают свои сухожилия, чтобы увеличить свою прыгучесть. В 2018 году он устроился на работу в CSULB в качестве профессора-преподавателя и на несколько лет оставил исследования.

Затем осенью 2021 года к нему в дверь постучали. У Лоу возник вопрос. Он хотел знать, сможет ли Перлман помочь в тестировании нового материала для ботинок для серфинга, разработанного изобретателем, чьи дети боялись лучей, и сотрудником, имеющим опыт в области материаловедения. Будут ли ботинки защищать от ударов скатов, как задумано? Получив средства от анонимного спонсора, любящего серфинг, Перлман нанял студента, и вместе они собирали скатов с пляжа Сил, чтобы использовать их в качестве подопытных.

Чтобы выяснить, может ли материал защитить от ударов, Перлману сначала нужно было понять динамику защитного поведения ската. Его первоначальной целью исследования было запечатлеть удары на камеру и использовать отснятый материал для измерения скорости и ускорения, которые он затем мог использовать для расчета силы. Он купил в магазине Spirit Halloween бестелесную ступню, наполнил ее песком и приклеил эпоксидной смолой на кусок пластиковой трубы, чтобы имитировать человеческую ступню для испытаний. «Это была отличная отправная точка», — говорит Перлман.

Чтобы узнать больше о том, что заставляет ската решиться на нападение, он разработал эксперимент, в котором тело ската разделяется на четыре различные части: средняя часть тела, левый грудной плавник, правый грудной плавник и морда (по сути, эквивалентная носу). Его команда использует стопу зомби, которая в 2023 году была модернизирована до силиконовой стопы, напечатанной на 3D-принтере, поскольку она более реалистична, чтобы «наступать» на разные части тела и фиксировать реакцию животного.

Исследователь держит напечатанную на 3D-принтере ногу

Бен Перлман начал свои эксперименты по ударам круглыми лучами, используя ногу зомби-хэллоуина. С тех пор он перешел на модель, напечатанную на 3D-принтере.

Томас Р. Кордова / Лонг-Бич Пост

Первоначальные выводы поразительны: лучи поражают человека только в том случае, если кто-то наступит на его среднюю часть тела, где расположены все его органы. Это заставляет их наносить удары в 85 процентах случаев. Если наступить им на бок, они просто уплывут; удар по морде тоже не вызывает реакции. Результаты однозначны, независимо от размера, возраста и пола луча.

Лаборатория также проводит исследования нового материала, который Лоу принес Перлману — неопрена с резиновой композитной подкладкой — чтобы увидеть, сможет ли он выдержать удар ската. Исследователи срезают зазубрины (это похоже на отрезание ногтя, поскольку зазубрины на основе кератина отрастают заново в течение нескольких месяцев) и используют машину, чтобы вдавливать их в материал с возрастающим давлением. На данный момент им удалось найти материал, способный противостоять силе большинства скатов. (Другой компания в надежде создать обувь, защищающую от лучей, в этом году выпускает продукт из аналогичного материала.)

По словам Криса Мартинеса, рыбного биолога из Калифорнийского университета в Ирвайне, который изучает морфологию скатов, в дополнение к бородкам у некоторых скатов есть большие, колючие, чешуйчатые зубцы, которые обеспечивают пассивную защиту. По его словам, шипы могут пронзить кожу и сделать жизнь хищника неприятной, но жало — это нечто большее: целевое оружие, которым животное может активно управлять, чтобы нанести ущерб.

Мартинес говорит, что работа Перлмана «действительно великолепна, и она определенно очень актуальна для любителей пляжного отдыха в Южной Калифорнии». Он планирует сотрудничать с Перлманом в будущем, чтобы исследовать нервно-мышечную основу ударов.

По словам Перлмана, главная надежда состоит в том, что исследование воплотится в лучшие практики для людей на пляже. На протяжении десятилетий серферы в Южной Калифорнии использовали технику, называемую «шарканье ската», когда они делают крошечные шаги по земле вместо больших шагов, чтобы предупредить скатов, которые могут зарыться в песок.

Перлман говорит, что его эксперименты научно подтвердили шарканье ската: когда кто-то делает крошечные шаги, он не вступает в контакт со средней частью тела ската, поэтому его не ударят. Вибрации на песке также могут дать животному возможность уйти в безопасное место. «[The rays are] просто убегу или не отреагирую», — говорит Перлман.

Исследователи транспортируют ската

Перлман идет со студенткой Тринити Лозано, которая переносит луч между резервуарами.

Томас Р. Кордова / Лонг-Бич Пост

Он точно знает, что поставлено на карту. Прошлым летом он, прижимая сачком хвост ската, делал скальпелем небольшие опознавательные насечки на теле животного (которые приходится переделывать каждые несколько месяцев по мере того, как зазубрины отрастают), когда его рука соскользнула, и хвост рыбы хлестнул. вокруг и задел артерию на запястье. Кровь тут же брызнула повсюду, а боль была «7 1/2 из 10». Он использовал единственное известное лечение: погрузил руку в горячую воду, чтобы денатурировать яд. Потребовалось почти два часа, чтобы боль утихла. На его запястье до сих пор остался шрам.

Сейчас в лаборатории ведется бурная исследовательская деятельность, которая может занять Перлмана и его товарищей по команде до конца десятилетия. Они проверяют, как размер ступни влияет на вероятность удара ската, чтобы увидеть, меньше ли шансов ужалить того, кто легче и меньше. Пока что размер ноги, похоже, не влияет на реакцию ската. В ближайшие месяцы они повторят эксперименты по шаганию в темноте и при разной температуре воды. В лаборатории обитают 18 скатов, и между экспериментами у животных есть как минимум два дня отдыха, чтобы убедиться, что они не подвергаются кондиционированию.

Исследователи также изучают скатов, когда они зарываются в песок, чтобы понять, почему и как животные перемещают частицы песка. В конечном итоге лаборатория также будет использовать 3D-изображения на основе микроКТ-сканирований, чтобы оценить кривизну, остроту и угол зазубрин на различных зазубринах круглых лучей. Это поможет им понять различия внутри вида и даже внутри отдельной особи: иногда после стрижки бородка снова вырастает другой формы или размера.

В сознании калифорнийцев акулы имеют тенденцию казаться крупнее скатов, говорит Мартинес. «Скаты не привлекают столько внимания, потому что они не такие большие и у них нет таких больших зубов, как у некоторых крупных акул», — говорит он. «Но одна из них с большей вероятностью причинит вам вред, чем большая акула». Статистика подтверждает его точку зрения: в 2022 году по всему миру произошло 57 нападений акул, а количество травм скатов, вероятно, исчислялось десятками тысяч.

После встречи с силиконовой ногой Stingray 12 получает десятиминутный перерыв, прежде чем наступить на другой грудной плавник. Перлман наблюдает, как она снова зарывается в песок. По его словам, приятно сделать образный шаг, чтобы помочь калифорнийцам избежать ножевых ранений и укусов. В конечном счете, если серферы и пловцы смогут использовать его исследования, чтобы избежать опасных блинов, времяпровождение каждого на пляже, включая скатов, станет более гармоничным.

Эта статья из журнала Hakai Magazine, онлайн-издания о науке и обществе в прибрежных экосистемах. Больше подобных историй читайте на сайте hakaimagazine.com.

Похожие истории из журнала Hakai Magazine:

Получите последние Наука истории в вашем почтовом ящике.

2024-06-21 12:00:00


1718988140
#Когда #нападают #скаты #Смитсоновский #институт

Read more:  Выбор студенческого баскетбола: Оклахома, Западная Каролина.

Leave a Comment

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.