RAPORT

KORONAWIRUS: MAPY, STATYSTYKI, PORADY

Naukowcy analizują płyny ślimaków, aby znaleźć inspirację dla podwodnych robotów

Ślimaki morskie mają znaczący wpływ zarówno na cykle geochemiczne, jak i klimat (fot. Shutterstock/Vojce, zdjęcie ilustracyjne)

Analizując mechanikę płynów, dzięki której poruszają się morskie ślimaki naukowcy szukają inspiracji dla nowych rodzajów podwodnych robotów – informuje pismo „Frontiers in Marine Science”.

Przełom w ładowaniu? Radioaktywna bateria z diamentów może działać tysiące lat

Mogą pracować setki, a nawet tysiące lat bez ładowania baterii, nie ma konieczności wieczornego ładowania urządzeń albo regularnej wymiany...

zobacz więcej

W oceanach żyją miliardy małych ślimaków, które nie pełzają po dnie, ale unoszą się w toni wodnej – czyli należą do planktonu. Każdej doby przemieszczają się między wodami powierzchniowymi, gdzie żerują nocą, a głębokością kilkuset metrów, gdzie w dzień odpoczywają unikając drapieżników.

Ślimaki morskie mają znaczący wpływ zarówno na cykle geochemiczne, jak i klimat: 12 do 13 proc. globalnego przepływu węglanów przypada na zbudowane z węglanu wapnia muszle martwych ślimaków. Opadają one w głębiny, gdzie rozpuszczają się i przyczyniają do wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze i zakwaszenia oceanów. Jednak życie morskich ślimaków jest wciąż mało znane – zwłaszcza tych żyjących w regionach podzwrotnikowych i tropikalnych, gdzie ich różnorodność jest największa. Zespół oceanografów i inżynierów z University of South Florida przeprowadził badania na pograniczu fizyki płynów i biologii. Naukowcy filmowali ruchy tropikalnych ślimaków morskich i analizowali je zarówno z perspektywy fizyki płynów, jak i ekologii.

Jak wykazali, każdy gatunek ma odmienny styl pływania i opadania w głąb, w zależności od kształtu muszli (zwinięty, wydłużony lub okrągły), wielkości ciała, obecności trzepoczących „skrzydeł” i prędkości. Najmniejsze, najwolniejsze gatunki mają większe trudności z pływaniem ze względu na to, że woda morska jest dla nich „bardziej lepka” (ma niższą liczbę Reynoldsa) – co wpływa na kąt, trajektorię i stabilność ich ruchu.

Ziewanie zaraźliwe także dla słoni

Podobnie jak psy i szympansy, również słonie zarażają się ziewaniem od ludzi, których znają. Do takich wniosków doszła dr Zoe Rossman i jej zespół...

zobacz więcej

„Chcieliśmy odpowiedzieć na pytanie, jak różne kształty i rozmiary muszli tych pięknych zwierząt wpływają na ich zachowanie podczas pływania. Odkryliśmy, że gatunki z muszlą w kształcie skrzydła samolotu pływają szybciej i są bardziej zwrotne niż te ze zwiniętymi spiralnie muszlami. Zrozumienie zdolności tych zwierząt do pływania pomaga nam lepiej zrozumieć ich znaczenie ekologiczne i rozmieszczenie w oceanie. Ponadto jako inżynierowie, mamy nadzieję nauczyć się stylu pływania tych organizmów, aby zaprojektować nową generację pojazdów podwodnych inspirowanych biologicznie” – mówi dr David Murphy, adiunkt na Wydziale Inżynierii Mechanicznej University of South Florida w Tampa na Florydzie.

W latach 2017-2019 naukowcy złowili nocą u wybrzeży Bermudów wiele osobników dziewięciu gatunków ślimaków morskich (o długości 0,9-13,1 mm), w tym 7 gatunków „motyli morskich” (Thecosomata), jeden gatunek „anioła morskiego” (klad Gymnosomata), którego, dorosłe osobniki pozbawione są muszli oraz jeden gatunek z rodziny Atlantidae. Ślimaki zostały przetransportowane do laboratorium, gdzie rejestrowano ich zachowanie w akwarium ze słoną wodą za pomocą szybkiej stereofotogrametrii, techniki śledzącej ruch w 3D za pomocą pary kamer.

Dla każdego gatunku obliczono bezwzględną i względną prędkość (w stosunku do długości ciała) podczas aktywnego pływania i pasywnego opadania, częstotliwość ruchu "skrzydeł", kąt opadania, krętość ścieżki wynurzania podczas pływania oraz współczynnik Reynoldsa.

Niedobór witaminy D może sprzyjać zakażeniu koronawirusem

Badanie z udziałem niemal 500 osób wskazało, że niski poziom witaminy D sprzyja infekcji koronawirusem. Naukowcy wyjaśniają, że witamina ta wspiera...

zobacz więcej

Jak się okazało, każdy gatunek miał inny wzór pływania – zwykle wznoszący się po zębatej spirali z prędkością 12-114 mm/s lub 1-24 długości ciała na sekundę – co odpowiada przeciętnemu mężczyźnie płynącemu w górę z prędkością do 40 metrów na sekundę. Ślimaki opadają z podobną prędkością, ale w linii prostej, pod kątem 4-30 stopni w stosunku do pionu.

„Doszliśmy do wniosku, że pływanie i pogrążanie się w wodzie tych ślimaków pelagicznych silnie koresponduje z kształtem i rozmiarem muszli. Małe ślimaki ze spiralnymi muszlami pływają wolniej, podczas gdy większe ślimaki z muszlami butelkowymi lub w kształcie skrzydła pływają szybciej, ponieważ ich większe rozmiary pozwalają im przezwyciężyć skutki lepkości wody. Jednak prędkość pływania nie koreluje z tym, jak daleko te zwierzęta migrują każdego dnia, co sugeruje, że rolę odgrywają również światło i temperatura oraz obecność drapieżników i ofiar. Odkryliśmy również, że motyl morski z muszlą w kształcie skrzydła wykorzystuje ją do 'szybowania' w dół, aby spowolnić jej tonięcie” „ powiedział dr Murphy.

Aby zbadać preferencje dotyczące głębokości występowania każdego gatunku, dodatkowo schwytano wiele ślimaków za pomocą sieci sterowanej komputerowo od zera do 1000 m pod powierzchnią. Naukowcy wykorzystali uczenie maszynowe (oparte na obrazach) i oznaczanie rybosomalnego DNA, aby określić gatunek. Na podstawie tych wyników naukowcy szacują, że badane gatunki pokonują 50-300 m dziennie, co zajmuje im łącznie od 1 do 3,7 godziny na dobę.

„To absolutnie hipnotyzujące, gdy patrzymy, jak te małe, delikatne zwierzęta trzepoczą skrzydłami wykonując naprawdę skomplikowane ruchy, aby w zasadzie latać w wodzie. Oszałamiające jest to, że motyle morskie wykorzystują do latania w wodzie te same zasady dynamiki płynów, których owady używają do latania w powietrzu” – podsumowuje Murphy.

źródło:

Zobacz więcej