Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Физики и биологи из Велиобритании и США выявили наиболее экономичный способ перемещения в водной среде. Они установили, что медузы с их гибким телом преодолевают большее расстояние с меньшими затратами энергии. Беспозвоночные животные обходят рыб в эффективности за счет использования водяных вихрей. Подробности приведены в статье исследователей для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences, а кратко о работе ученых рассказано в Nature News.
Специалисты Морской биологической лаборатории в Вудс-Холле (США) и ряда других научных центров вначале изучали гидродинамику свободно плавающих медуз. Анализ видеозаписей показал, что животные получают небольшой импульс даже в тот момент, когда их мышцы не сокращаются. Серия контрольных наблюдений подтвердила то, что этот эффект не случаен. Дальнейшее исследование с использованием временно парализованных медуз, которых при помощи металлического стержня подталкивали вперед в аквариумах, позволило установить природу этого ускорения.
Ученые выяснили, что в момент сокращения гибкого колокола медузы в воде возникает тороидальный вихрь. Вихрь затем начинает движение в противоположную направлению плавания медузы сторону. За вихрем при этом формируется область избыточного давления и вода толкает животное вперед. Гибкое тело позволяет наиболее эффективно использовать описанный эффект, давая увеличение длины заплыва «с одного толчка» до восьмидесяти процентов. По словам исследователей, колокол медузы сам принимает нужную форму, не требуя специального напряжения мышц.
Физики и биологи подчеркивают, что подобный механизм работает только для небольших животных и при не слишком высоких скоростях. Рост размера или скорости сводит эффект на нет, поэтому его не удастся использовать на практике для создания быстроходных подводных роботов или для экономии топлива морскими судами. В то же время исследование проливает свет на движущие механизмы эволюции, так как форма тела медуз продиктована в том числе экономией сил животного.
Ранее изучение медуз позволило определить, что их мускулатура эволюционировала отдельно от мускулатуры других животных. Поперечно-полосатая мускулатура, которая у млекопитающих формирует все мышцы опорно-двигательной системы (а также сердце) возникала в истории жизни на Земле как минимум дважды, у радиально-симметричных и двусторонне-симметричных животных.