Forskere afslører, hvordan geléhavdyr kan forme moderne robotteknologi
Forskere ved University of Oregon har opdaget, at kolonier af gelatinøse havdyr svømmer gennem havet i gigantiske proptrækkere ved hjælp af koordineret jetfremdrift, en usædvanlig form for bevægelse, der kunne inspirere til nye designs til effektive undervandsfartøjer.
Forskningen involverer salper, små væsner, der ligner vandmænd, der tager en natlig rejse fra havets dyb til overfladen. At observere, at migration med specielle kameraer hjalp UO-forskere og deres kolleger med at fange makroplanktonets yndefulde, koordinerede svømmeadfærd.
"Den største migration på planeten sker hver eneste nat:den lodrette migration af planktoniske organismer fra dybhavet til overfladen," sagde Kelly Sutherland, lektor i biologi ved UO's Oregon Institute of Marine Biology, som ledede forskningen. "De løber et maraton hver dag ved hjælp af ny væskemekanik. Disse organismer kan være platforme for inspiration til, hvordan man bygger robotter, der effektivt krydser dybhavet."
Forskernes resultater blev offentliggjort den 15. maj i tidsskriftet Science Advances . Undersøgelsen omfattede samarbejder fra Louisiana Universities Marine Consortium, University of South Florida, Roger Williams University, Marine Biological Laboratory og Providence College.
På trods af at de ligner vandmænd, er salper tøndeformet, vandig makroplankton, der er tættere beslægtet med hvirveldyr som fisk og mennesker, sagde Alejandro Damian-Serrano, en adjungeret professor i biologi ved UO. De bor langt fra kysten og kan leve enten som ensomme individer eller operere i kolonier, sagde han. Kolonier består af hundredvis af individer forbundet i kæder, der kan være op til flere meter lange.
"Salper er virkelig mærkelige dyr," sagde Damian-Serrano. "Mens deres fælles forfader med os sandsynligvis lignede en lille udbenet fisk, mistede deres slægt mange af disse træk og forstørrede andre. De ensomme individer opfører sig som dette moderskib, der ukønnet opdrætter en kæde af individuelle kloner, der er sat sammen for at producere en koloni. "
Men det mest unikke ved disse havdyr blev fundet under forskernes havekspeditioner:deres svømmeteknikker.
På udforskning ud for kysten af Kailua-Kona, Hawaii, udviklede Sutherland og hendes team specialiserede 3D-kamerasystemer til at bringe deres laboratorium under vandet. De foretog dyk i dagtimerne, "nedsænket i uendelig blå", som Damian-Serrano beskrev, for undersøgelser med høj synlighed.
De udførte også nattedyk, hvor den sorte baggrund tillod højkontrastbilleder af de gennemsigtige væsner. De stødte på en enorm byge af forskellige salper, der var i gang med deres natlige vandring til overfladen – og mange fotobomberende hajer, blæksprutter og krebsdyr, bemærkede Sutherland.
Gennem billeddannelse og optagelser bemærkede forskerne to svømningsmetoder. Hvor kortere kolonier snurrede rundt om en akse, som en spiralformet fodbold, ville længere kæder spænde og sno sig som en proptrækker. Det kaldes spiralsvømning.
Spiralsvømning er ikke noget nyt inden for biologi, sagde Sutherland. Mange mikroorganismer spinner og proptrækker også gennem vand, men mekanismerne bag salpernes bevægelse er forskellige. Mikrober slår vand med hårlignende fremspring eller halepisker, men salper svømmer via jetfremdrift, sagde Sutherland. De har sammentrækkende muskelbånd, som dem i den menneskelige hals, der pumper vand, der suges fra den ene side af kroppen og sprøjtede ud i den anden ende for at skabe stød, sagde Damian-Serrano.
Forskerne bemærkede også, at individuelle jetfly trak sig sammen på forskellige tidspunkter, hvilket fik hele kolonien til at rejse støt uden pause. Jetflyene var også vinklede, hvilket bidrog til spinning og spolesvømning, sagde Sutherland.
"Min første reaktion var virkelig en af undren og ærefrygt," sagde hun. "Jeg vil beskrive deres bevægelse som slangelignende og yndefuld. De har flere enheder, der pulserer på forskellige tidspunkter, hvilket skaber en hel kæde, der bevæger sig meget jævnt. Det er en virkelig smuk måde at bevæge sig på."
Mikrorobotter inspireret af mikrobielle svømmere findes allerede, sagde Sutherland, men denne opdagelse baner vejen for ingeniører til at konstruere større undervandsfartøjer. Det kan være muligt at skabe robotter, der er lydløse og mindre turbulente, når de er modelleret efter disse effektive svømmere, sagde Damian-Serrano. Et multijet-design kan også være energetisk fordelagtigt for at spare brændstof, sagde han.
Ud over mikrober er større organismer som plankton endnu ikke blevet beskrevet på denne måde, sagde Sutherland. Med Sutherlands nye og innovative metoder til at studere havdyr kan forskerne indse, at spiralsvømning er mere udbredt end tidligere antaget.
"Det er en undersøgelse, der åbner op for flere spørgsmål end giver svar," sagde Sutherland. "Der er denne nye måde at svømme på, som ikke var blevet beskrevet før, og da vi startede undersøgelsen, forsøgte vi at forklare, hvordan det virker. Men vi fandt ud af, at der er mange flere åbne spørgsmål, f.eks. hvad er fordelene ved at svømme på denne måde. Hvor mange forskellige organismer spinder eller proptrækker?"
Flere oplysninger: Kelly R. Sutherland et al., Spinning og proptrækning af oceanisk makroplankton afsløret gennem in situ billeddannelse, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm9511
Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt
Leveret af University of Oregon
Varme artikler
-
Klimaændringsmodeller af fuglepåvirkninger består testenKredit:University of Adelaide En større undersøgelse, der ser på ændringer i, hvor britiske fugle er fundet i løbet af de sidste 40 år, har valideret de nyeste klimaændringsmodeller, der bruges ti -
Pattedyr længe troet uddød i Australien dukker op igenCrest-tailed mulgara var engang bredt fordelt over sandede ørkener i det indre Australien. Kredit:Reece Pedler En muld med hale på toppen, en lille kødædende pungdyr kun kendt fra fossiliserede kn -
Undersøgelse fremhæver bevaringsbehov for fiskearter, der for nylig blev opdaget i det sydvestlige…Bachelorstuderende Hunter Hatcher, venstre, og Allison Mosley, anden fra højre, hjælp Michael Moore, anden fra venstre, og Donald Orth tæller og identificerer fisk indsamlet fra en Southwest Virginia- -
Signalmolekyle kan regulere proteiner i hvedeplanterDr. Sunita Ramesh er planteforsker ved Flinders University. Kredit:Flinders University Triggere for vækst af fødevareafgrøder er komplekse, og ny forskning fra sydaustralske planteforskere undersøg
- Jordlignende exoplaneter er usandsynligt endnu en lyseblå prik
- Højeste havvandstemperatur nogensinde registreret på Scripps Pier
- Forskere forklarer pseudocapacitansfænomenet i superkondensatorer
- Hvidt kød eller mørkt kød? Serverer big data for at tyde Thanksgiving-middag
- Det er virkelig anderledes for unge mennesker:Det er sværere at forcere jobstigen
- Ny geologisk undersøgelse viser, at Skandinavien blev født i Grønland