Microstructure of the Bonnethead Shark (Sphyrna tiburo) Olfactory Rosette

Synopsis The unusual shape of sphyrnid (hammerhead shark) heads has led to many functional hypotheses of potential sensory advantages and enhanced olfactory performance. Recent investigations into the flow of water within the sphyrnid olfactory chamber demonstrate that this complex structure exhibits a differential pressure system between the 2 nares that induces flow through the chamber. This leads to differential fluid velocities in different parts of the olfactory chamber. Particularly, lamellae at the medial end of the olfactory chamber experience a near-stagnant recirculation of water. The objectives of this study were to (1) describe the microstructure of the olfactory rosette of bonnethead sharks (Sphyrna tiburo) and (2) given the variability of water flow within the sphyrnid olfactory rosette, investigate differences of individual lamellae based on their positioning within the rosette. Specifically, we investigated degree of secondary folding, percent sensory area, and relative surface along the lateral-to-medial gradient. Both degree of secondary folding and percent sensory area may serve as proxies for olfactory sensitivity, providing connectivity between area devoted to sensitivity and water flow within the olfactory organ. We found that bonnethead sharks exhibited similar lamellar morphology to other shark species. We also described the projection of the olfactory nerve layer through an individual lamella. Additionally, we found that lamellae within the medial portion of the organ, which experience slower water velocities, had less secondary lamellar folds and less sensory area. These findings imply that these areas may be less sensitive. Future work should test for sensitivity differences within the rosette along the lateral-to-medial gradient. Spanish La forma inusual de las cabezas de los esfirnidos (tiburones martillo) ha llevado a muchas hipotesis funcionales de posibles ventajas sensoriales y unas mejores capacidades olfativas. Las investigaciones recientes sobre el flujo de agua dentro del organo olfativo de los esfirnidos, demuestran que esta estructura compleja exhibe un sistema de presion diferente entre las dos fosas nasales que induce el flujo en el organo. Esto conduce a velocidades de fluido diferentes en distintas partes del organo olfativo. En particular, las laminas en el extremo medial del organo olfativo experimentan una recirculacion de agua casi estancada. Los objetivos de este estudio fueron 1) describir la microestructura de la roseta olfativa de los tiburones cabeza de pala (Sphyrna tiburo) y 2) considerando la variabilidad del flujo de agua dentro de la roseta olfativa de los esfirnidos, investigar las diferencias de las laminillas individuales, basadas en su posicion dentro de la roseta. Especificamente, hemos investigado el grado de plegamiento secundario, el porcentaje del area sensorial y el area relativa de superficie a lo largo del gradiente de lateral a medial. El grado de plegamiento secundario y el porcentaje del area sensorial pueden servir como indicadores de la sensibilidad olfativa, proporcionando conectividad entre el area dedicada a la sensibilidad y el flujo de agua dentro del organo olfativo. Descubrimos que los tiburones cabeza de pala exhibian una morfologia laminar similar a la de otras especies de tiburones. Tambien hemos descrito la proyeccion del estrato del nervio olfativo dentro de una lamina individual. Ademas, encontramos que las laminillas dentro de la porcion medial del organo que experimentan velocidades de agua mas lentas, tenian menos pliegues laminares secundarios y una menor area sensorial. Estos hallazgos implican que estas areas pueden ser menos sensitivas. El trabajo futuro deberia evaluar las diferencias de sensibilidad dentro de la roseta a lo largo del gradiente de lateral a medial. German Die ungewohnliche Kopfform der Sphyrniden (Hammerhaie) hat schon zu vielen funktionellen Hypothesen bezuglich moglicher sensorischer Vorteile und verbesserter olfaktorischer Leistung gefuhrt. Kurzlich veroffentlichte Studien zur Wasserstromung innerhalb der olfaktorischen Kammern von Sphyrniden zeigen, dass diese komplexe Struktur unterschiedliche Drucksysteme zwischen den beiden Nasenlochern erzeugt, welches eine Stromung durch die Nasenkammer erzeugt. Dies wiederum fuhrt zu unterschiedlichen Flussigkeitsstromungen in verschiedenen Abschnitten der olfaktorischen Kammer. Besonders bei den Lamellen am medialen Ende der olfaktorischen Kammer gibt es eine fast schon stillstehende Rezirkulation von Wasser. Die Ziele dieser Studie waren 1) das Beschreiben der Mikrostruktur der olfaktorischen Rosette des Schaufelnasen-Hammerhais (Sphyrna tiburo) und 2) wollten wir, aufgrund der Variabilitat der Wasserstromung innerhalb der olfaktorischen Rosette der Sphyrniden, die Unterschiede von individuellen Lamellen basierend auf ihrer unterschiedlichen Position innerhalb der Rosette untersuchen. Wir untersuchten den Grad an sekundaren Falten, den Prozentsatz an sensorischer Flache und die relative Oberflache entlang dem lateral-zu-medialem Gradienten. Sowohl der Grad an sekundaren Falten wie auch der Prozentsatz an sensorischer Flache mogen als Annaherung fur die olfaktorische Sensibilitat dienen, weil sie fur eine Verbindung zwischen der Flache, die dem Geruchssinn und der Stromung zwischen den olfaktorischen Organen sorgt. Wir fanden, dass die Schaufelnasen-Hammerhaie eine ahnliche lamellare Morphologie zeigen wie andere Hai-Arten. Wir beschreiben auch wie der Geruchsnerv durch eine individuelle Lamelle verlauft. Weiter fanden wir, dass die Lamellen innerhalb des mittleren Teils des Organs, welches geringe Stromungsgeschwindigkeiten erfahrt, weniger sekundare lamellare Falten enthalt und weniger sensorische Flache. Diese Entdeckungen implizieren, dass diese Bereiche weniger sensibel sind auf Geruche. Zukunftige Arbeiten sollten die unterschiedlichen Sensibilitaten innerhalb der Rosette entlang des lateral-medialem Gradienten testen.

Automated summary

The study on the olfactory organ of bonnethead sharks revealed different water flow velocities in different parts of the complex structure, with the medial end experiencing nearly stagnant water recirculation. The findings suggest that areas with slower water velocities have less sensory area and secondary folding, indicating they may be less sensitive to odors. Future work should investigate sensitivity differences within the olfactory rosette along the lateral-to-medial gradient.