Hajar finns i alla former och storlekar och den kanske mest ovanliga är hammarhajen, lätt att känna igen på sitt konstigt formade huvud. Mest forskning om hammarhuvuden har fokuserat specifikt på deras i sidled expanderade huvuden, eller cephalofoil, och hur de använder det för att se och lukta samt dess effekter på hydrodynamik och sensorisk effektivitet. Det finns omkring nio kända arter av hammarhajar med dramatiska skillnader i deras kroppsform inklusive formen och storleken på deras huvuden. Även om mycket är känt om variationerna i deras elektroreception, lukt och syn, mycket lite är känt om huruvida deras formskillnader påverkar deras simprestanda eller inte.

Forskare från Florida Atlantic University har genomfört den första studien för att undersöka hela kroppsformen och simkinematiken hos två närbesläktade men ändå väldigt olika hammarhuvuden:Bonnethead och Scalloped hammerhead, med några oväntade resultat.

Vuxna Bonnetheads är cirka 2 till 3 fot långa och deras huvudbredd utgör cirka 18 procent av deras kroppslängd; vuxna Bågade hammarhuvuden är närmare 12 fot långa och deras huvudbredd utgör cirka 30 procent av deras kroppslängd. Trots dessa skillnader, resultaten av denna nya studie, med på omslaget till det aktuella numret av Journal of Experimental Biology , hitta det till slut, storlek eller form spelar egentligen ingen roll, åtminstone när det gäller simning.

Genom att använda ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt i biomekaniklaboratoriet i FAU:s Charles E. Schmidt College of Science under ledning av Marianne E. Porter, Ph.D., biträdande professor i biologiska vetenskaper och medförfattare till studien, forskarna gav sig i kast med att testa sin hypotes. Olika huvudformer och olika kroppsstorlekar på hammarhajar bör resultera i skillnader i deras simprestanda.

Innan du påbörjar studien, Porter, Sarah L. Hoffmann, huvudförfattare och en Ph.D. student i biologiska vetenskaper, och Steven Matthew Warren, medförfattare och senior vid institutionen för maskin- och havsteknik vid FAU:s College of Engineering and Computer Science, granskade CT-skanningar av båda arterna av hammarhajar. Eftersom hajar helt består av brosk som är kraftigt mineraliserat, de kunde se de markanta skillnaderna i de två arterna av hajarnas fysiologi från dessa skanningar.

För att testa deras hypotes, de fokuserade på vågformning, vilket är hur en haj flyttar sin kropp och svans från sida till sida för att driva sig själv framåt. Målet:att ta reda på om kroppens rörelser förändras mellan dessa två arter med väldigt olika huvudformer.

Från och med 2015, de tittade på flera timmars videor där hammarhuvuden och huvhuvuden simmade. De tittade på svansslagsfrekvens och svansslagsamplitud. De analyserade video sekventiellt för att välja ut klipp där hajar genomförde minst tre hela svanstaktscykler med raka, stadig simning. Warren analyserade och kondenserade sedan videorna till ett minutlångt segment för att göra det möjligt för forskargruppen att använda mätningarna för att jämföra simmekaniken mellan de två arterna. De kunde få alla de mätningar de behövde från den förtätade en minuts videofilm.

"En av de mer unika aspekterna av vår studie är att vi kunde observera dessa hajar simma i stora tankar som rör sig naturligt, " sade Porter. "De flesta studier placerar hajar i rännor, som i grunden är undervattenslöpband som tvingar dem att röra sig. Vi är intresserade av att lära oss hur dessa djur rör sig i och för sig för både bevarandeinsatser och verkliga tillämpningar som bioinspirerad teknik."

Resultaten av studien avslöjade att Bonnetheads svänger sina kroppar längre in och ut och därför har en större amplitud av vågformning. Å andra sidan, Bågade hammarhuvuden böjs snabbare och har en högre frekvens av vågformning.

"När vi korrigerade för deras kroppsstorlek, vi upptäckte att de faktiskt simmade i samma hastighet för att komma till punkterna A och B, men gjorde det på olika sätt, sade Hoffmann. Även om de är olika, de kommer till samma destination samtidigt; de använder bara olika kroppsmekaniker."

Ett nyckelfynd från deras studie är att hos båda arterna rör sig huvudet i en annan takt än resten av kroppen. Faktiskt, den rör sig faktiskt fram och tillbaka mycket snabbare än resten av kroppen. I likhet med störar, en fiskart, forskarna upptäckte att dessa hammarhuvuden har ett dubbelt oscillerande system. De spekulerar i att det beror på en ökad förmåga till sensorisk perception.

"Det finns inget sätt att vi kunde ha förutsett det dubbla oscillationssystemet i denna art, "Sade Hoffmann. "Att huvudrörelsen är annorlunda än resten av kroppsrörelsen är något som nästan är omöjligt att se med blotta ögat."

Forskarna påpekar att med det dubbla oscillationssystemet, hajens huvud rör sig i en mycket snabbare takt än resten av deras kropp i huvudsak för att skanna mer av substratet i sin omgivning.

"Tänk på det som en metalldetektor när du flyttar den fram och tillbaka, ", sa Hoffmann. "De kommer att täcka mer territorium för elektroreception och lukt och de måste kunna göra det i en högre takt än resten av kroppen."