Document Type
Article
Publication Date
7-25-2025
Abstract
Synopsis
Across teleosts, feeding by biting substrate-attached prey has evolved multiple times and is associated with convergent morphologies that include a deep body and an elongated, tapered head. However, the functional role of these morphologies in substrate-biting fish is not established. Here, we tested the hypothesis that these morphologies function as control surfaces that affect feeding kinematics during biting. To test this hypothesis, we used simplified physical models of substrate-biting reef fish and examined the role of head, body, and fin morphology in determining feeding kinematics that facilitate the removal of substrate-attached prey. Models simulated the swift lateral movement of the head, previously documented in species biting substrate-attached algae. Using models that capture the natural morphological variation of biters, we tested (i) how different head morphologies affect the speed of the head and (ii) how different body morphologies affect the stability of the body during head movements. We found that the moment of inertia (MOI) of the head and body explained most of the variation in head speed and body displacement. A decrease in head MOI resulted in faster lateral head movements, known to facilitate removal of attached prey. An increase in body MOI, relative to that of the head, stabilized the lateral displacement of the body during bites. Overall, our results suggest that the laterally compressed bodies and tapered snouts function as control surfaces during feeding in substrate-biting fish. We propose that a selective pressure to extend the lateral surface area underlies the prevailing morphological convergence of biting reef fishes.
Résumé
Chez les téléostéens, le mécanisme d'alimentation consistant à mordre des proies fixées au substrat a évolué à plusieurs reprises et est associé à des convergences morphologiques telles qu'un corps profond et une tête allongée et effilée. Toutefois, le rôle fonctionnel de ces morphologies chez les poissons qui mordent le substrat reste encore à établir. Nous avons ici testé l'hypothèse selon laquelle ces morphologies fonctionnent comme des surfaces de contrôle affectant la cinématique d'alimentation lors de la morsure. Pour ce faire, nous avons développé des modèles physiques simplifiés d'espèces de poissons de récif connues pour utiliser la morsure du substrat comme mécanisme d'alimentation. Ces maquettes expérimentales nous ont permis d'examiner le rôle de la morphologie de la tête, du corps et des nageoires dans la cinématique d'alimentation, en particulier dans le cadre de l'extraction de proies fixées au substrat. Ces modèles ont simulé le mouvement latéral rapide de la tête ; mouvement déjà documenté chez les espèces qui se nourrissent d'algues fixées au substrat par morsure. À l'aide de ces modèles qui reflètent la variation morphologique naturelle de poissons qui mordent le substrat, nous avons testé (i) l'influence de différentes morphologies de la tête sur la vitesse de déplacement de celle-ci, et (ii) l'effet de différentes morphologies du corps sur la stabilité du corps pendant les mouvements de la tête. Nous avons ainsi montré que le moment d'inertie (MOI) de la tête et le MOI du corps expliquent la majorité des variations de la vitesse de la tête et du déplacement du corps, respectivement. Une diminution du MOI de la tête a entraîné des mouvements latéraux plus rapides de celle-ci, facilitant ainsi l'extraction des proies fixées au substrat. Une augmentation du MOI du corps, relative à celui de la tête, a minimisé le déplacement latéral du corps lors des morsures, et ainsi amélioré la stabilité. Globalement, nos résultats suggèrent que les corps comprimés latéralement et les museaux effilés fonctionnent comme des surfaces de contrôle chez les poissons qui mordent le substrat. Nous proposons qu'une pression sélective favorisant l'expansion de la surface latérale sous-tend la convergence morphologique dominante observée chez les poissons de récif qui recourent à la morsure pour se nourrir.
Recommended Citation
Perevolotsky T, Brotman-Krass JM, Ratner Y, Avigad Y, Summers AP, Donatelli CM, Holzman R. Twist and Snout: Head and Body Morphologies Determine Feeding Kinematics in Substrate-Biting Fishes. Integr Org Biol. 2025;7(1):obaf032. https://doi.org/10.1093/iob/obaf032
Supplemental files
Copyright
The authors
Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.
Comments
This article was originally published in Integrative Organismal Biology, volume 7, issue 1, in 2025. https://doi.org/10.1093/iob/obaf032