Shark Jaws Program
In Summer 2018, the U.S. 鱼类和野生动物部收到了一批约6吨的货物,准备在美国古玩市场出售的一万只大白鲨.S. However, with help from the Shark Lab, 鱼类和野生动物官员能够在货物中识别出许多受保护的物种, 导致出口商没收货物. 而不是眼睁睁地看着被没收的下巴被毁掉. 克里斯·洛同意拥有这些颌骨，并将其用于教育目的.
鲨鱼实验室的学生们和Dr. 格温·古德曼洛和马克·哈里斯根据物种和性别测量并鉴定了6600多个颌骨. 在已确定的21种中, 其中4人受《足球买球》保护. 仅一种物种——缺乏数据的点尾鲨(Carcharhinus sorrah)，另有1000只来自濒临灭绝的黑尖鲨(Carcharhinus limbatus). 我们还发现了极度濒危的双髻鲨(Sphyrna lewini)，以及两种濒危物种——远洋长尾鲨和黑鲨(Alopias pelagicus and Carcharhinus obscurus, respectively), 世界自然保护联盟红色名录(IUCN International Union for Conservation of Nature)中其他七种濒危物种.
The Shark Lab has developed 课程表要跟下颚一起走 培养学生对STEM领域的兴趣.
3D Model - Shark Jaws
Jaws Made Out Of Cartilage
- 首先让我们记住鲨鱼的骨骼是由软骨构成的, 骨头比骨头密度小而柔韧的物质. 我们人类的耳朵和鼻尖上都有这种灵活的软骨. However, 鲨鱼软骨是由晶体矿物质(如磷酸钙)和其他蛋白质中的胶原蛋白组成的，因此密度和硬度稍高. 这使得鲨鱼的下巴稍微灵活一些，可以更好地抓住猎物, 而且仍然足够坚硬，可以更好地咬穿猎物浓密的骨头或皮肤.
- 注意，在清洁干燥的鲨鱼颚中, 因为软骨失去了水分和胶原蛋白, 颌骨的软骨变得僵硬和硬化, 这与它的自然健康状态有很大的不同.
颌骨附着在脑壳上
- Interestingly, 与最早的鲨鱼相比，现代鲨鱼的下巴与头盖骨的连接比较松散. Thus, 更高级的现代鲨鱼和鳐鱼的上颚和下颚是通过一组韧带连接到软骨颅骨上的. 这种松散的附着使上颚向外伸展，与下颚有更大的分离，以便更好地抓住猎物.
- 与下巴相连的肌肉.g. 它们的收缩和松弛控制着下巴的运动方向. 特定肌肉的收缩.g. 眶前肌和腭方提肌使上颚向外，下颚向下, 张开的允许下巴突出和嘴巴张开的. 其他肌肉(下颌方肌)在收缩时使颊腔闭合，导致上颚收缩，下颌上升，直到两颚合在一起.
- 大多数大型掠食性鲨鱼都会张开嘴攻击猎物, 然后猛烈而迅速的摇头，用牙齿锯断并撕下猎物的组织.
咬伤的运动学和力学
- 尽管鲨鱼的下颚是由灵活的软骨组成的，能够从头骨(软骨头盖骨)上分离出来, 强大的肌肉将下颚连接到头骨上，使它们能够施加强大的咬合力.
- 一些大型掠食性物种的咬合力，如大白鲨(Carcharodon carcharias), the bull shark (Carcharhinus leucas)，以及双髻鲨(Sphyrna mokarran)的咬合力在脊椎动物中是最高的，可以产生超过2000牛顿的咬合力.
- 鲨鱼以硬壳猎物为食.g.，螃蟹，蜗牛，蛤蜊)，如角鲨(Heterodontus francisci), are also characterized for having high bite forces (~128 Newtons); yet, 窄而尖的牙齿用来刺穿坚硬的猎物.
- Contrary, 其他的鲨鱼以快速移动的相对软组织的鱼为食, such as the blacktip shark (Carcharhinus limbatus)，它们的咬速效率比咬力效率更高.
What About Sharks' Teeth?
- 一层牙齿通过结缔组织嵌入下颌，并在联合关节的两侧一排排排列在一起.g., (左右颚之间的连接点), 哪个把上颚和下颚分成4个象限. 大多数鲨鱼每排每象限有20到30颗功能牙齿. However, 暴露在牙龈组织外的牙齿排的数量各不相同，从某些鳐鱼的每个下颌一排牙齿到浮游食性鲸鲨的多达300排牙齿.
- Functional teeth are the very front teeth in the sharks' mouth; however, 在函数行后面总是有一个替换. 几排新牙齿在牙龈线以下形成并从牙龈中冒出，旧的功能牙齿在进食时脱落或脱落. 这被称为同步串行牙齿更换. 牙齿更换的速度因物种而异. 这是因为牙齿的脱落取决于物种对硬或软猎物的饮食偏好. 考虑到鲨鱼的饮食会因年龄和性别而异, 牙齿替换率也会受到这些因素的影响. 例如，豹鲨(Triakis semifasciata)可每~12天更换一排，角鲨(Heterodontus francisci)，而柠檬鲨(Negaprion brevirostris) every ~ 10 days. 因为新更换的牙齿比以前的功能牙齿更锋利, 要穿透猎物的组织，可能需要较低的咬合力.
- In addition, 现代鲨鱼牙齿形状的巨大多样性主要受到鲨鱼饮食的影响. For instance, 长而细长的尖牙和光滑的侧面可以刺穿和抓住猎物, 而锯齿边的三角形牙齿可以很容易地锯掉大块的组织. 例如，大白鲨(Carcharodon carcharias) or tiger shark (Galeocerdo cuvier这是一些物种的特征，它们会从密度较大的猎物身上挖出大块的肉, 而沙虎鲨长而尖的牙齿(Carcharias taurus) or shortfin mako (Isurus oxyrinchus)是食鱼鲨鱼的特征，它们需要刺伤和撕裂皮肤较软的鱼
Scanned Juvenile White Sharks
您可以从我们提供的CAD文件中3D打印您自己的白鲨颚. 因为冷冻颌骨的三维成像并不完美, 我们用数字技术“清理”了颌骨和牙齿，并将它们重新插入下颌. If you have the right printer, 如果你选择的话，你可以用不同的材料来打印牙齿.g.用硅打印下巴，使其具有更“自然”的柔韧性. 注意嘴角的铰链是伸缩关节，上下颌中心的关节(联合)也是如此。. 您还应该能够缩放您打印的各种尺寸的下巴, 但请记住，这是一条幼年白鲨(6岁).5英尺长)，所以牙齿只能代表幼年“食鱼”白鲨的牙齿.
模型鲨鱼颚的CAD文件-请发送电子邮件 sharklab@surprise-electricians.com
幼年白鲨颚动画
串行同步换牙
这个动画以大白鲨的下颌为例，展示了串行同步牙齿替换. 注意，前面的功能牙齿可能会脱落，因为新的牙齿指向口腔后部，向前旋转. As functional teeth slough off, 新的牙齿会从牙龈中长出来, 填充前一排牙的位置. 通常情况下，大白鲨一次会露出2-3排牙齿
VIDEO: Serial Tooth Loss
Jaw Bite Mechanics
当孩子们拿着一套干鲨鱼颚时, 他们常常难以理解，下颌是由更灵活的软骨组成的，它有多个铰链和关节，使它能够弯曲，并使用锯齿状的牙齿进行锯切. 我们已经开发了这些动画，以帮助您了解如何以及在哪里下巴弯曲时，鲨鱼咬和对象. Hopefully, 这将帮助孩子们更好地理解软骨鲨鱼颚之间的一些很酷的物理和工程原理.
这个动画展示了鲨鱼咬人时的正面、侧面和内部视图.
VIDEO: Bite and Saw
Jaw Bite Mechanics
当孩子们拿着一套干鲨鱼颚时, 他们常常难以理解，下颌是由更灵活的软骨组成的，它有多个铰链和关节，使它能够弯曲，并使用锯齿状的牙齿进行锯切. 我们已经开发了这些动画，以帮助您了解如何以及在哪里下巴弯曲时，鲨鱼咬和对象. Hopefully, 这将帮助孩子们更好地理解软骨鲨鱼颚之间的一些很酷的物理和工程原理.
这个动画展示了鲨鱼咬人时的正面、侧面和内部视图.
VIDEO: Asymmetrical Bite
References
- Bergman, J. N., Lajeunesse, M. J., & Motta, P. J. (2017). 虎鲨Galeocerdo cuvier和沙洲鲨Carcharhinus plumbeus的牙齿穿透力. 水生生物学报，2011 (2)，344 - 344. doi: 10.1111/jfb.13351
- Huber, D. R., Eason, T. G., Hueter, R. E., & Motta, P. J. (2005). Analysis of the bite force and mechanical design of the feeding mechanism of the durophagous horn shark; Heterodontus francisci. 中国生物医学工程学报，2008 (6)，344 - 344. doi: 10.1242/jeb.01816
- Klimley, A. P. (2013). The biology of sharks and rays. University of Chicago Press.
- Motta, P. J., & Huber, D. R. (2004). 板鳃动物的捕食行为和摄食机制. 鲨鱼及其近亲的生物学，165-202.
下巴是由帕特里克·雷克斯清洗和准备的，并在 CSULB Innovation Space. 这个3D扫描文件被用于创建由Ellen Lucchesi和Thomas Watabayashi - CSULB BA美术动画的3D动画.
Jaws Curriculum
下载适合您学校的Jaws课程!
- Into to Sharks Unit Map (PDF)
- 第一课-科学家鲨鱼潜水(PDF)
- Shark Dive Data Sheet (PDF)
- Grey Reef Shark (C. amblyrhynchos) fact sheet (PDF)
- Pigeye Shark (C. amboinensis) fact sheet (PDF)
- Spinner Shark (C. brevipinna) fact sheet (PDF)
- Silky Shark (C. falciformis) fact sheet (PDF)
- Blacktip Shark (C. limbatus) fact sheet (PDF)
- Hardnose Shark (C. macloti) fact sheet (PDF)
- Dusky Shark (C. obscurus) fact sheet (PDF)
- Sandbar Shark (C. plumbeus) fact sheet (PDF)
- Spottail Shark (C. sorrah) fact sheet (PDF)
- Scalloped Hammerhead Shark (S. lewini) fact sheet (PDF)
- Smooth Hammerhead Shark (S. zygaena) fact sheet (PDF)
- Pelagic Thresher (A. pelagicus) fact sheet (PDF)
- Whitetip Reef Shark (T. obesus) fact sheet (PDF)
- Tiger Shark (G. cuvier) fact sheet (PDF)
- 第二课-人口动态及活动(PDF)
- 第三课-鲨鱼的颌和牙齿(PDF)
