Учёные раскрыли секрет высокой эффективности плавания некоторых животных, таких как медузы

Предыдущие исследования показали, что медузы и миноги могут двигаться, используя очень мало энергии. Эти обитатели океана перемещаются с самой высокой энергетической эффективностью среди всех изученных пловцов, бегунов или летунов. Однако механизм этой эффективности оставался загадкой.

Команда учёных под руководством доктора Брэда Джеммелла из Университета Южной Флориды обнаружила, что эти морские животные используют неожиданный принцип движения.

Исследование, проведённое учёными из пяти институтов, показало, что свободно плавающие медузы и миноги (угреобразные животные, движущиеся волнообразно) движутся вперёд не за счёт отталкивания от воды, а за счёт её всасывания к себе.

«До сих пор широко предполагалось, что животные плавают в основном за счёт отталкивания от жидкости, создавая высокое давление. Однако оказывается, что по крайней мере некоторые из самых энергоэффективных пловцов используют низкое давление, которое позволяет им тянуть себя вперёд с помощью всасывания», — заявил Джеммелл.

Эксперименты, описанные в статье в Nature Communications, заключались в наблюдении за плаванием миног в резервуаре с водой, содержащей крошечные стеклянные шарики, подсвеченные лазером. Высокоскоростные камеры фиксировали движение шариков, что позволило напрямую измерить «гидродинамическую эффективность» процесса плавания.

Было обнаружено, что при волнообразном движении миноги создают карман низкого давления внутри каждого изгиба своего тела. Вода впереди животного устремляется, чтобы заполнить эту область низкого давления, и это движение втекающей воды тянет животное вперёд.

Новый метод расчёта полей давления вокруг свободно плавающих организмов показал, что именно низкое давление или всасывание было доминирующим средством движения вперёд.

Исследователи учли четыре составляющие движения вперёд: высокое давление, действующее противоположно движению; низкое давление, действующее в направлении движения; и низкое давление, действующее противоположно движению.

Те же принципы с доминирующей ролью низкого давления у тела были обнаружены и у плавающих медуз, несмотря на их иную форму тела. Пример медуз особенно ценен, так как из-за нестабильности её плавательных движений в разных точках цикла можно наблюдать как ранее предполагаемый доминирующий механизм генерации высокого давления, так и основной механизм движения вперёд за счёт низкого давления.

Это исследование предлагает новый взгляд на эволюционную адаптацию и «функциональную экологию», а также заставляет задуматься о практическом применении этих знаний о эффективности всасывающего движения миног в биомиметических технологиях, например, при проектировании подводных аппаратов.