Гидродинамика влияет на эволюцию формы тела и стиля плавания рыб

Исследователи из Университета Миннесоты обнаружили, что гидродинамическая среда может определять физическую форму рыб и стиль их плавания. Работа, поддержанная Национальным научным фондом, опубликована в Journal of Experimental Biology.

Профессор Фотис Сотиропулос и исследователь Иман Боразджани использовали вычислительное моделирование, чтобы выяснить, как водная среда влияет на эволюцию разнообразных форм тела рыб, таких как тунец, скумбрия или угорь.

Метод: гонки вычислительных рыб

Учёные создали и "протестировали" виртуальных рыб на мощном компьютерном кластере. Они смоделировали разные гидродинамические условия, варьируя частоту взмахов хвоста и вязкость жидкости. Были созданы четыре модели:

• две "скумбрии" (с типичным для скумбрии стилем и стилем угря)
• два "угря" (с типичным для угря стилем и стилем скумбрии)

Результаты: эффективность зависит от соответствия среде

Результаты показали, что все рыбы плавают эффективнее, если их форма тела или стиль плавания соответствуют скорости, на которой они движутся.

• Миногообразной рыбе для повышения скорости и эффективности (меньшей утомляемости) выгодно изменить форму или стиль на "скумбриевый".
• Скумбрии, которой нужно двигаться медленно, выгоднее принять форму или стиль "угря".

Это свидетельствует о том, что оптимальный для рыбы диапазон скоростей создаёт гидродинамические силы, которые влияют на эволюцию её формы и стиля плавания.

Выводы и перспективы

"Из этих экспериментов мы можем сделать вывод, что стили плавания реальных скумбрии и угря идеально адаптированы к гидродинамическим условиям, в которых они обитают", — говорит Фотис Сотиропулос.

Этот метод можно адаптировать для изучения эволюции других организмов в жидкой среде и для проектирования роботов, плавающих с разной скоростью или в воде разной вязкости.