Для скоростных маневров тунцы применили гидроусилители плавников

Для скоростных маневров тунцы применили гидроусилители плавников

nplus1.ru - Дарья Спасская
Тунец
Charlene-SJ / flickr

Морские биологи из Стэнфордского Университета и Монтерейского океанариума обнаружили у тунцов гидравлическую систему управления плавниками. В использовании гидравлики при передвижении ранее были уличены некоторые беспозвоночные, например, медузы, но у позвоночных животных подобное явление открыто впервые. Ток «гидравлической жидкости», управляющий плавниками, создается в лимфатических сосудах, которые особым образом интегрированы в мышцы. Научная статья опубликована в Science, а комментарии авторов о своей работе можно прочитать в заметке в издании ScienceDaily.

Голубые тунцы, которые стали объектом исследования биологов, являются одними из самых быстрых пловцов в мировом океане, уступая только марлинам. По разным данным, тунцы разгоняются до 60-80 километров в час. Такая скорость позволяет им мигрировать на большие расстояния и лакомиться быстрой добычей, которая недоступна для других морских хищников, к примеру, кальмарами. К несчастью, тунцы сами стали деликатесом для самого изобретательного хищника – человека, и в настоящее время находятся под угрозой исчезновения. В Монтерейском океанариуме в Калифорнии был создан центр по изучению и сохранению тунца, сотрудники которого и обнаружили гидравлическую систему в плавниках..

Развивать большую скорость тунцам позволяют форма тела и мелкая чешуя, которая делает поверхность тела более гладкой и обтекаемой. Кроме того, тунцы обзавелись несколькими уникальными физиологическими особенностями. В отличие от остальных рыб, тунцы являются теплокровными, то есть способны поддерживать температуру тела выше окружающей среды. Способствует этому устройство кровеносной системы, пронизывающей мышцы таким образом, что артерии и вены прилегают друг к другу и между ними осуществляется теплообмен. Кроме того, особенности кровообращения упрощают газообмен с водой, поэтому кровь тунца отличается высоким содержанием кислорода. Большое количество миоглобина, связывающего кислород, делает мышцы тунца красными.

Авторы нового исследования обнаружили у тунца еще одну уникальную особенность, связанную лимфатическими сосудами. Лимфатическая система, так же, как и кровеносная, представляет собой связанную систему сосудов, однако у нее нет центрального насоса. Основной ее функцией является транспорт по организму различных веществ и клеток иммунитета. Использование лимфатической системы для механического управления конечностями — необычное явление в животном мире.

"Гидравлическая" полость, образованная лимфатической системой, у тунца (справа) также была обнаружена у родственных рыб семейства скумбриевых - скумбрии и макрели
Pavlov et al / Science 2017

Ведущий автор статьи Вадим Павлов заметил у тихоокеанского голубого тунца (Thunnus orientalis) полости в основании плавников. Введение в полость контрастного вещества показало, что она представляет собой часть системы соединенных сосудов. Ученые предположили, что сосудистая система может участвовать в регуляции подвижности плавника и подтвердили это, накачивая в полости физраствор. По всей вероятности, подъем плавника обеспечивается последовательным изменением давления жидкости в полостях в результате сокращения мышц, через которые проходят сосуды. Кроме того, биологи отсняли в Монтерейском аквариуме множество видеозаписей с тунцами, что позволило построить компьютерную симуляцию плывущей рыбы и проанализировать, как подъем плавников повлияет на гидродинамику тунца.

Подьем плавника при помощи мышечно-сосудистой гидравлической системы. FR - лучи плавника, VS - основная полость, VC - каналы лимфатической системы внутри плавника
Pavlov et al / Science 2017

Отдельная часть работы была посвящена тому, чтобы доказать, что обнаруженные гидравлические полости действительно являются частью лимфатической системы. Для этого содержимое сосудов проанализировали на наличие активных иммунных клеток, способных к фагоцитозу. В итоге ученые подтвердили, что тунцы действительно приспособили лимфатические сосуды для «гидравлического усиления» плавников. Эта особенность позволяет рыбам эффективно маневрировать на больших скоростях и при этом экономно расходовать энергию. Авторы работы провели аналогию системы тунца с классической гидравлической системой, где мышцы выполняют роль насоса, сосуды контролируют направление тока жидкости, а лучи плавников служат приводом, преобразующим давление в механическую энергию. Открытие биологов должно заинтересовать инженеров – к примеру, гидравлическая система тунца может быть использована для улучшения маневренности подводных и воздушных судов.

Применение на практике принципов, обнаруженных у представителей животного мира, называется бионикой. Мы уже неоднократно писали об устройствах, призванных имитировать природные «изобретения» – например, лапки геккона, или летучую мышь.

Дарья Спасская

@funscience to be continued...

Report Page