東京工業大學工學院機械系的佐山將太朗（研究當時爲博士生）和田中博人副教授等組成的研究團隊發表研究成果稱，大白鯊的鱗片適應從高速到低速的各種遊速。研究團隊從大白鯊全身的17個位置提取了表皮，並使用X射線CT詳細測量了盾鳞（鯊魚和鱝等軟骨魚類的硬鳞）的形狀。透過計算盾鳞的大突起和小突起之間的隔膜，研究團隊設計了一種透過流體力學推算鯊魚最佳遊速的方法。透過對古代巨型鯊魚——巨齒鯊的化石鱗片和推測的全長試算，發現巨齒鯊雖體型巨大，但速度與大白鯊沒有顯著差異。本研究是與島津製作所的夏原正仁特任部長、國立科學博物館的篠原現人首席研究員、殖民大學的前田將輝副教授共同完成的，研究成果於8月2日發表在國際學術期刊《Journal of the Royal Society Interface》上。
圖1. 大白鯊全身圖、表皮採樣位置和使用X射線CT建模的盾鳞。（供圖：東京工業大學）
鯊魚身上覆蓋着被稱爲盾鳞的堅硬鳞片，洄游性鯊魚的盾鳞有從頭部延伸至尾部的突起。這些突起被認爲是能夠減量物體表面紊流邊界層摩擦阻力的肋片（物體表面微小突起陣列的集合）的靈感來源。
意外的是，迄今爲止盾鳞作爲肋片的流體動力學尺寸並未得到研究，因此也不清楚盾鳞是否真的減量了鯊魚游泳時的流體阻力。此外，儘管大白鯊具有很高的知名度，但其標本和生態資料卻很少，雖然已知大白鯊的盾鳞中央有一個高突起（大突起），兩側有低突起（小突起），但這種組合的功能此前也未能明確。
此次研究團隊從國立科學博物館所藏大白鯊標本（體長3.16米，體重320公斤）採集了17處表皮，並用高解析度X射線CT進行了三維建模。
研究人員根據盾鳞的大小突起之間的間距，設計了一種從流體動力學角度計算鯊魚最佳遊速的方法。研究人員將盾鳞的突起視爲肋片，根據盾鳞距身體前端的距離和突起之間的間距，計算了可以最大限度降低流體摩擦阻力的最佳遊速。結果發現，相鄰的大小突起適應5～7米/秒的遊速，而大突起之間的較大間距適應2～3米/秒的遊速。該數值與最近記錄的野生大白鯊的最大瞬時遊速和長距離遊速接近，這表明左右兩側的小突起適合高速遊動，中間的大突起適合低速遊動。
利用該計算公式，可以根據盾鳞的突起形狀和全長度，按照流體動力學推算出古代鯊魚的遊度，並有望推動鯊魚的生態和演化研究。
此外，研究團隊還認爲大小突起交替排列的肋片模式，在高速和低速條件下均能減量阻力。這種模式可應用於車輛、船和飛機等大速度範圍的適用肋片的開發。
田中副教授表示：「本研究使用的大白鯊標本曾於2016年在國立科學博物館的‘海洋獵人展’上展出過。同年秋天，該標本被轉移到沖繩美麗島財團綜合研究所（Okinawa Churashima Foundation Research Institute），爲在美麗海水族館做展出準備時,需要去除福爾馬林。當時合著者筱原現人博士（國立科學博物館首席研究員）邀請我利用這次寶貴的機會對大白鯊進行全身形態測量，而我提出了皮膚表面形態採樣的建議，由此開始了本次研究。我一直希望能夠研究生物體表對減量流體阻力的影響，所以這次機會對我來說十分珍貴。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Journal of the Royal Society Interface
論文：Three-dimensional shape of natural riblets in the white shark: relationship between the denticle morphology and swimming speed of sharks
DOI：10.1098/rsif.2024.0063
