Effects of stomach stones on the buoyancy and equilibrium of a floating crocodilian: a computational analysis

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Abstract:

A three-dimensional mathematical/computational model of the crocodilian Alligator mississippiensis has been developed to investigate the influence of gastroliths on crocodilian buoyancy. The model is self-correcting, recovers from large perturbations, and can replicate the body orientations and degrees of immersion seen in living crocodilians that have attained equilibrium with respect to the competing forces of buoyancy and weight. For a range of lung deflations where the model was still positively buoyant, adding gastroliths of mass equal to 1% of the body mass has the effect of lowering the body, on average, by 2.6% of the maximum trunk depth while simultaneously increasing the inclination of the body with its sagittal plane. With the lungs fully inflated, the model would become negatively buoyant only when loaded with stones weighing more than 6% of the total body mass. Without gastroliths the body would sink when the lungs were deflated by 40%–50%. In all situations the model was resistant to capsizing. The relatively small amounts of gastroliths (<2% body mass) found in aquatic tetrapods are considered to be inconsequential for buoyancy and stability, and the lungs are the principle agent for hydrostatic buoyancy control.

Un nouveau modèle tridimensionnel mathématique/algorithmique du crocodilien Alligator mississippiensis permet d'étudier l'influence des gastrolithes sur la flottabilité. Le modèle est auto-correcteur, il peut subir de fortes perturbations et il reproduit les orientations corporelles et les degrés d'immersion observés chez les crocodiliens vivants qui ont atteint un équilibre entre les forces antagonistes de la flottabilité et du poids. Sur une gamme de déflations du poumon où le modèle prédit une flottabilité positive, l'addition de gastrolithes de masse égale à 1 % de la masse du corps a pour effet de d'abaisser le corps d'une profondeur égale en moyenne à 2,6 % de la hauteur maximale du tronc, tout en augmentant simultanément l'inclinaison du corps par rapport à son plan sagittal. Lorsque les poumons sont totalement remplis, le modèle prédit une flottabilité négative seulement si les gastrolithes représentent plus de 6 % du masse corporel. Sans gastrolithes, le corps s'enfonce lorsque les poumons subissent une déflation de l'ordre de 40 % – 50 %. Dans aucune situation, le modèle ne prédit de chavirement. La quantité relativement faible de gastrolithes (<2 % de la masse corporelle) que l'on retrouve chez les tétrapodes aquatiques ne semble pas avoir de conséquences sur la flottabilité et la stabilité; les poumons sont l'agent principal du contrôle de la flottabilité hydrostatique.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: August 1, 2003

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