世界上最高效的游泳者:水母创造了一堵“虚拟墙”来提高成绩

水母游泳

这张照片是在玻璃胶片船拍摄的。资料来源:南佛罗里达大学

南佛罗里达大学领导的一项新研究发现了水母被称为“世界上最高效的游泳者”的原因之一。综合生物学副教授布拉德·格默尔发现,水母会产生两个漩涡环,它们半透明的身体下面是甜甜圈状的液体,而且会yabo124朝相反的方向旋转。当水母在每一个游泳周期中挤压和重新打开时,它们就出现了,提供了一种“地面效应”的力量,仿佛它们将被推离海底。

“地面效应”在机场跑道上被广泛理解。起飞时,空气在飞机和地面之间挤压,从而产生压力和力量,提高性能。格默尔的实验表明,水母可以利用它们的两个涡流圈来代替地面。涡流环相互抵抗,形成了一个“虚拟墙”,与在底部游泳的动物相比,它能提供类似的性能提升。以前从来没有证据证明动物可以在固体边界之外产生这种现象。


高速摄像机捕捉到水母在带有示踪粒子的激光薄片中游动。资料来源:南佛罗里达大学

Gemmell说:“事实上,这些简单的动物已经发现了如何在开阔水域实现‘地面效应’类型的推进,远离任何固体表面,这为工程车辆利用这一现象开辟了一系列新的可能性。”

这项研究发表在《英国皇家学会学报B格默尔用高速数码相机以每秒1000帧的速度记录下了8只水母在玻璃拍摄船上游泳的动作。他和他的同事们发现,与从休息开始的水母相比,在运动中水母的最大游泳速度增加了41%,每次游泳周期累积移动距离增加了61%。

水母游泳周期

水母的解剖特征和月亮水母在游泳循环过程中的漩涡排列。资料来源:南佛罗里达大学

与螺旋桨运动不同的是,水母不会产生空化气泡,而且是无声的,这使得它们能在水中安静地移动。游泳的高效率也能帮助它们储存生长和繁殖所需的能量。几个研究小组以水母为模型,开发水下航行器,这种水下航行器可以装备传感器,在不中断的情况下监测海洋。这些新发现可能会促进这些技术的发展和对海洋的进一步了解。

参考:Brad J. Gemmell, Kevin T. Du Clos, Sean P. Colin, Kelly R. Sutherland and John H. Costello, 2021年1月6日英国皇家学会学报B
DOI: 10.1098 / rspb.2020.2494

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