Body and Pectoral Fin Kinematics During Routine Yaw Turning in Bonnethead Sharks ( Sphyrna tiburo)

Synopsis

Maneuvering is a crucial locomotor strategy among aquatic vertebrates, common in routine swimming, feeding, and escape responses. Combinations of whole body and fin movements generate an imbalance of forces resulting in deviation from an initial path. Sharks have elongate bodies that bend substantially and, in combination with pectoral fin rotation, play a role in yaw (horizontal) turning, but previous studies focus primarily on maximal turning performance rather than routine maneuvers. Routine maneuvering is largely understudied in fish swimming, despite observations that moderate maneuvering is much more common than the extreme behaviors commonly described in the literature. In this study, we target routine maneuvering in the bonnethead shark, Sphyrna tiburo. We use video reconstruction of moving morphology to describe three-dimensional pectoral fin rotation about three axes to compare to those previously described on yaw turning by the Pacific spiny dogfish. We quantify kinematic variables to understand the impacts of body and fin movements on routine turning performance. We also describe the anatomy of bonnethead pectoral fins and use muscle stimulation to confirm functional hypotheses about their role in actuating the fin. The turning performance metrics we describe for bonnethead sharks are comparable to other routine maneuvers described for the Pacific spiny dogfish and manta rays. These turns were substantially less agile and maneuverable than previously documented for other sharks, which we hypothesize results from the comparison of routine turning to maneuvering under stimulated conditions. We suggest that these results highlight the importance of considering routine maneuvering in future studies. Cinemática del Cuerpo y de las Aletas Pectorales Durante el giro en el eje Vertical en la Cabeza del Tiburón Pala ( Sphyrna tiburo) (Body and Pectoral Fin Kinematics During Routine Yaw Turning in Bonnethead Sharks [ Sphyrna tiburo])

Synopsis

Maniobrar es una estrategia locomotora crucial entre los vertebrados acuáticos, la usan communmente al nadar, alimentarse y escapar. Las combinación de movimientos de todo el cuerpo y las aletas generan un desequilibrio de fuerzas que resulta en una desviación de una trayectoria inicial. Los tiburones tienen cuerpos alargados que se doblan sustancialmente y, en combinación con la rotación de la aleta pectoral, desempeñan un papel en el giro de horizontal de la cabez. Estudios anteriores se centraron principalmente en el rendimiento máximo de giro en lugar de las maniobras de rutina. Las maniobras de rutina son poco estudiadas en la natación de peces, a pesar de las observaciones de que las maniobras moderadas son mucho más comunes que las conductas extremas comúnmente descritas en la literatura. Utilizamos la reconstrucción con video de la morfología en movimiento para describir la rotación de la aleta pectoral tridimensional en tres ejes para compararla con los descritos anteriormente en un estudio sobre el giro de rutina realizado por el tiburón espinoso del Pacífico. Cuantificamos las variables cinemáticas para comprender los impactos de los movimientos del cuerpo y las aletas en el rendimiento de giro de rutina. También describimos la anatomía de las aletas pectorales tiburón cabeza de pala y utilizamos la estimulación muscular para confirmar las hipótesis funcionales sobre su papel en la actuación de la aleta. Las métricas de rendimiento de giro que describimos para los tiburones cabeza de pala son comparables a otras maniobras de rutina descritas para el perrito espinoso del Pacífico y las mantas rayas. Estos giros fueron sustancialmente menos ágiles y maniobrables de lo que se documentó anteriormente para otros tiburones, lo cual, según nuestra hipótesis, resulta de la comparación del giro rutinario a la maniobra en condiciones estimuladas. Sugerimos que estos resultados resaltan la importancia de considerar maniobras rutinarias en estudios futuros. Translated to Spanish by J. Heras ( herasj01@ 123456gmail.com )

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Körper- und Brustflossenkinematik Beim Routinemäßigen Gieren von Schaufelnasen-Hammerhaien ( Sphyrna tiburo) (Body and Pectoral Fin Kinematics During Routine Yaw Turning in Bonnethead Sharks [ Sphyrna tiburo]) Das Manövrieren ist eine entscheidende Bewegungsstrategie bei aquatischen Vertebraten, die beim routinemäßigen Schwimmen, Fressen und Fluchtverhalten häufig vorkommt. Kombinationen von Ganzkörper- und Flossenbewegungen erzeugen ein Kräfteungleichgewicht, das zu einer Abweichung von einem initialen Weg führt. Haie haben lang gestreckte Körper, die sich erheblich biegen und in Kombination mit der Drehung der Brustflosse eine Rolle beim Gieren (horizontales Drehen) spielen. Bisherige Studien konzentrieren sich jedoch eher auf maximale Drehleistung als auf Routinemanöver. Das routinemäßige Manövrieren wurde beim Schwimmen von Fischen wenig untersucht, obwohl beobachtet wurde, dass mäßiges Manövrieren weitaus häufiger vorkommt als die in der Literatur häufig beschriebenen extremen Verhaltensweisen. Wir verwenden die Video-Rekonstruktion von bewegter Morphologie (video reconstruction of moving morphology, um die dreidimensionale Drehung der Brustflosse um drei Achsen zu beschreiben und diese mit den bisher in einer Studie über routinemäßige Drehung bei einer Art von Dornhaien beschriebenen zu vergleichen. Wir quantifizieren kinematische Variablen, um die Auswirkungen von Körper- und Flossenbewegungen auf die routinemäßige Drehleistung zu verstehen. Wir beschreiben außerdem die Anatomie der Brustflossen der Schaufelnasen-Hammerhaie und verwenden Muskelstimulation, um funktionelle Hypothesen über ihre Rolle beim Auslösen der Flossenbewegung zu bestätigen. Die von uns beschriebenen Kennzahlen für die Drehleistung von Schaufelnasen-Hammerhaien sind vergleichbar mit anderen Routinemanövern, die für die erwähnte Art Dornhaie und Mantarochen beschrieben wurden. Diese Drehungen waren wesentlich weniger wendig und manövrierfähig als zuvor für andere Haie dokumentiert, was sich nach unserer Hypothese aus dem Vergleich von routinemäßigen Drehungen und dem Manövrieren unter stimulierten Bedingungen ergibt. Wir legen nahe, dass diese Ergebnisse die Bedeutung der Berücksichtigung von Routinemanövern in zukünftigen Studien unterstreichen. Translated to German by F. Klimm ( frederike.klimm@ 123456biologie.uni-freiburg.de )

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Cinemática do Corpo e da Nadadeira Peitoral Durante a Rotação de Rotina em Tubarões Cabeça-de-Boné ( Sphyrna tiburo) (Body and Pectoral Fin Kinematics During Routine Yaw Turning in Bonnethead Sharks [ Sphyrna tiburo]) A manobra é uma estratégia locomotora crucial entre os vertebrados aquáticos, comum na natação rotineira, na alimentação e na resposta à ameaças. Combinações de movimentos do corpo e das nadadeiras geram um desequilíbrio de forças resultando em desvio do caminho inicial. Os tubarões têm corpos alongados que se dobram substancialmente e, em combinação com a rotação da nadadeira peitoral, desempenham um papel importante no giro horizontal (guinada), porém, estudos anteriores focaram principalmente no desempenho de giro máximo em vez de manobras rotineiras. A manobra rotineira é pouco estudada na natação de peixes, apesar das observações de que manobras moderadas são muito mais comuns do que os comportamentos extremos comumente reportados em literatura. Usamos a reconstrução de vídeo de morfologia móvel para descrever a rotação tridimensional da nadadeira peitoral para comparar com aqueles previamente descritos em um estudo sobre rotação rotineira pelo tubarão galhudo do Pacífico. Quantificamos as variáveis cinemáticas para entender os impactos dos movimentos do corpo e das nadadeiras no desempenho rotineiro de giro. Descrevemos também a anatomia das nadadeiras peitorais do tubarão martelo e utilizamos a estimulação muscular para confirmar hipóteses funcionais sobre o seu papel na movimentação da nadadeira. As métricas de desempenho de giro que descrevemos para os tubarões martelo são comparáveis a outras manobras de rotina descritas para o tubarão galhudo do Pacífico e raias-manta. Esses turnos foram substancialmente menos ágeis e manobráveis do que o anteriormente documentado para outros tubarões, dados dos quais nós criamos a hipótese com os resultados da comparação da rotação de rotina para manobrar sob condições estimuladas. Sugerimos que esses resultados ressaltem a importância de considerar manobras rotineiras em estudos futuros. Translated to Portuguese by Diego Vaz ( dbistonvaz@ 123456vims.edu )