研究人員發(fā)現(xiàn)魚的頸狀脊椎運(yùn)動(dòng)

禁運(yùn)：2021 年 8 月 25 日星期三 00.01(英國(guó)夏令時(shí))

利物浦大學(xué)的一位研究人員發(fā)現(xiàn)，盡管魚類的解剖結(jié)構(gòu)與人類和其他陸棲脊椎動(dòng)物不同，但它們的脊椎可以彎曲，頭部向上。

揭示這項(xiàng)研究結(jié)果的論文，魚的頸部狀椎體運(yùn)動(dòng)，今天發(fā)表在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊 B：生物科學(xué)上。

它的作者Ariel L Camp 博士使用 X 射線視頻和數(shù)字動(dòng)畫測(cè)量了虹鱒魚和蛙魚的脊柱運(yùn)動(dòng)。

她說(shuō)：“這些魚不像人類那樣只使用頭部后面的椎骨關(guān)節(jié)，而是在抬起頭吃飯時(shí)彎曲脊椎的三分之二。這表明魚在游泳和進(jìn)食期間會(huì)在三維方向上移動(dòng)它們的脊椎，幫助我們了解脊椎動(dòng)物的脊椎——尤其是頸部——的進(jìn)化。

“四足動(dòng)物(四肢動(dòng)物)使用它們的脖子相對(duì)于身體和四肢在三維方向上移動(dòng)頭部。魚沒有這種解剖學(xué)上的頸部，但在喂食過(guò)程中，許多物種會(huì)相對(duì)于身體抬高頭部。顱骨抬高被認(rèn)為是由作為頸部的顱椎和最靠近顱骨的椎間關(guān)節(jié)通過(guò)背側(cè)旋轉(zhuǎn)(伸展)引起的。然而，由于在體內(nèi)可視化和測(cè)量椎體運(yùn)動(dòng)的困難，這從未被測(cè)試過(guò)。我使用移動(dòng)形態(tài)的 X 射線重建來(lái)測(cè)量喂食期間虹鱒魚和康姆森蛙魚的三維脊椎運(yùn)動(dòng)學(xué)。

“盡管形態(tài)有很大不同，但在這兩個(gè)物種中，背腹旋轉(zhuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了顱椎和顱椎間關(guān)節(jié)。鱒魚結(jié)合小(大多數(shù)小于 3°)背旋轉(zhuǎn)超過(guò)其椎間關(guān)節(jié)的三分之一來(lái)抬高神經(jīng)顱骨。蛙魚使用顱椎和第一椎間關(guān)節(jié)的極大(通常為 20-30°)旋轉(zhuǎn)，但在顱骨抬高過(guò)程中，三分之二的脊柱發(fā)生較小的旋轉(zhuǎn)。與四足動(dòng)物不同，魚通過(guò)旋轉(zhuǎn)脊柱的大部分區(qū)域來(lái)旋轉(zhuǎn)頭部。這表明應(yīng)該考慮顱骨和更多的尾椎骨，以了解非四足動(dòng)物如何控制頭身界面的運(yùn)動(dòng)。”

這項(xiàng)工作得到了 UKRI 生物技術(shù)和生物科學(xué)研究委員會(huì)和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的支持。

Ariel L Camp 博士是利物浦大學(xué)的 BBSRC 發(fā)現(xiàn)研究員。她的研究考察了動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式：它們的肌肉和骨骼如何協(xié)同工作以產(chǎn)生像飛行一樣非凡或像呼吸一樣常見的運(yùn)動(dòng)。具體而言，她專注于頭部和身體之間的界面：頸部，檢查其形狀并使用慢動(dòng)作視頻、X 射線圖像和數(shù)字動(dòng)畫等工具以 3D 方式記錄其移動(dòng)方式。結(jié)果揭示了動(dòng)物進(jìn)化史上的模式，對(duì)于想要制造移動(dòng)機(jī)器或只是改善我們移動(dòng)自己身體的方式的人類設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)靈感來(lái)源。

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