Zacht, sterk en zeer zeer breed

Omdat wij benig zijn, zijn wij geneigd zacht, squishy kraakbeen af te doen als een inferieure imitatie. Veel vissen, met name haaien en roggen, hebben een skelet dat bijna geheel uit kraakbeen bestaat, en zij redden zich uitstekend. Zij tonen een stamboom van succes die honderden miljoenen jaren teruggaat, maar menselijke vooroordelen kijken naar de oudheid, in plaats van het succes van kraakbeen, en denken dat het primitief is, vergeleken met bot.

De kromsnavelrog (Aetobatus narimari). Afbeelding © NOAA.

Nu, Adam Summers van de Universiteit van Californië, Berkeley, neemt het op voor kraakbeen in het Journal of Morphology, door te laten zien hoe de kraakbenige kaken van sommige pijlstaartroggen zijn gemodificeerd tot effectieve notenkrakers die in staat zijn de harde schelpen van mosselen te verpletteren.

De pijlstaartroggen zijn lid van de familie Myliobatidae, die verschillende soorten van hard-jawed clam-crusher, met inbegrip van de gevlekte adelaarsrog (Aetobatus narimari) en deownose ray (Rhinoptera bonasus), evenals een paar plankton-feeders zoals de reusachtige manta (Manta) omvat.

Voordat hij begint over pijlstaartroggen, maakt Summers een einde aan enkele oude mythen over de vermeende plakkerigheid van kraakbeen. Onder de kraakbeenvissen, zegt hij, bevinden zich dieren die in staat zijn 60 kilometer per uur te zwemmen, en reuzen die meer dan 10 ton wegen. Hoewel kraakbeen niet zo sterk of stijf is als been, kan het wel presteren in fysiek veeleisende omstandigheden. “Maar hoe,” vraagt Summers, “kunnen kraakbeenachtige kaken gebruikt worden om een prooi te verpletteren die harder is dan de kaken zelf?”

Het antwoord ligt in een andere mythe over kraakbeen. Op zichzelf is kraakbeen ongeveer net zo stijf en sterk als Turkish Delight (een snoepje op basis van gelatine). Maar kraakbeenvissen zijn allemaal opgebouwd uit een stijvere, ietwat gemineraliseerde versie, die ‘verkalkt’ kraakbeen wordt genoemd. Elk van hun skeletelementen bestaat uit een dunne schil van vezelig kraakbeen rond een korst van “prismatisch” kraakbeen, dat bestaat uit gemineraliseerde tegelachtige delen of “tesserae”. Dit omhult een zachtere kern van zogenaamd ‘hyalien’ kraakbeen.

De kaken van mossel-verpletterende pijlstaartroggen zijn geen uitzondering. Summers laat zien hoe pijlstaartroggen innovaties introduceerden die hen helpen zeeschelpen te pletten. Ten eerste kunnen de tesserae in hun kaakkraakbeen – die hun plettende, plaveiselachtige tanden ondersteunen – meerdere lagen dik zijn. Dit is analoog aan de verdikking die men ziet in beenderen die grote lasten dragen.

Ten tweede, de zachte, kraakbeenkernen van de kaakelementen van de pijlstaartroggen worden geschraagd door dunne, holle gemineraliseerde stutten, zoals de schoorstutten in een vliegtuigframe, of de stutten in de holle beenderen van vogels. Dit ontwerp combineert lichtheid met sterkte. Pijlstaartroggen worden geboren met deze verstevigingsstutten op hun plaats: het lijkt er niet op dat zij deze later in hun leven ontwikkelen als reactie op stress. Summers demonstreert dit met een exemplaar van een ongeboren rog (Rhinoptera bonasus) met een complete set verstevigingsstutten, ook al had het dier nog nooit een hap genomen.

Zelfs plankton etende dieren zoals de manta hebben kaken die verstevigd zijn door interne stutten, wat suggereert dat zij geëvolueerd zijn van een mosselpletten verpletterende voorouder. Het zou echter kunnen dat de metersbrede kaken van de manta wel wat interne versteviging kunnen gebruiken om te voorkomen dat ze knikken als de vis met opengesperde bek door het water zwemt.

De losse kaken van de zuidelijke pijlstaartrog (Dasyatis sabina) – een pijlstaartrog, maar geen myliobatide – laten een grote bewegingsvrijheid toe. De kaken van de myliobatide pijlstaartroggen, die de schelpdieren verpletteren, zijn daarentegen aan banden gebonden en hebben slechts een zeer beperkte bewegingsvrijheid. De boven- en onderkaak zijn in feite horizontale staven die maar een klein stukje op en neer kunnen bewegen. Ze kunnen niet van links naar rechts bewegen om te kauwen, noch kunnen ze roteren.

Maar deze kaken kunnen asymmetrisch werken. Als een pijlstaartrog een mossel aan één kant van zijn kaak vasthoudt, werken de spieren aan de andere kant van de kaak als een hefboom van de tweede orde, waarbij de mosselkant van de kaak als fulcum wordt gebruikt en een vergrote verpletterende klap uitdeelt. Net als een ouderwetse notenkraker.