水母如何成为海洋中最有效率的游泳者

水母运用物理学原理成为海洋中最有效率的动物

亚历山大·谢苗诺夫

加入我们的科学爱好者社区!

水母永不停歇。每天24小时,每周7天,它们在水中移动,寻找虾和鱼幼虫等食物,每天的行程可达数公里。它们比任何其他游泳者都更有效率,与优雅的海豚或巡游的鲨鱼相比,它们体型所消耗的能量更少。“它们的运输成本——它们移动所消耗的氧气——比任何其他游泳动物低48%,”南佛罗里达大学的海洋生物学家布拉德福德·J·杰梅尔说。通过研究海月水母,即海月水母物种,杰梅尔和其他研究人员最近发现,水母通过在其身体周围创造高压区和低压区来实现这一壮举,这些区域交替地吸和推它们前进。

科学家们曾经认为水母之所以能轻松游动,是因为它们很轻,主要成分是水。但是水是有质量的,质量仍然需要移动。因此,杰梅尔与斯坦福大学的工程师约翰·达比里及其同事一起进行了仔细观察。他们将一只水母放入水箱中,并将微小的玻璃珠放入水中。通过用激光照射这些珠子,他们可以用高速摄像机跟踪它们的运动,从而基本上使动物周围的水速度和压力可见。

当动物收缩它的钟状体——构成水母身体大部分的圆顶时,它在钟状体外部产生较低的压力,而在内部产生较高的压力。科学家在2015年11月的《自然通讯》杂志上指出,由于物体从高压向低压移动,海月水母因此被向前拉动。


支持科学新闻

如果您喜欢这篇文章,请考虑支持我们屡获殊荣的新闻报道,方法是 订阅。通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。


然后研究人员得到了一个惊喜。当水母放松钟状体边缘,使其张开时,动物下方的高压水上升到钟状体中。“即使在放松时,它也给了海月水母第二次向前推动,”杰梅尔说。为了完成这些动作,水母需要上下弯曲钟状体边缘。水母有肌肉,但大多数肌肉像一堆橡皮筋一样围绕钟状体。这种排列主要适用于挤压。然而,最近,北卡罗来纳大学威尔明顿分校的生物学家理查德·萨特利发现了边缘处以一定角度伸出的其他肌肉。这些纤维使水母能够弯曲其边缘,移动周围的水,从而成为非常有效的游泳者。

水母的游泳划水

水母在自身周围创造高压区和低压区,然后从一个区域移动到另一个区域。通过在装有水母的水箱中滴入微小的玻璃珠,一个科学家团队能够看到涡流——一个相对低压的旋转水环——向下滚动水母。在下面看到的横截面切片中,涡流(蓝色)显示为两个水轮(1)。当水母收缩时,它在其钟状体内产生更高的压力,动物被向前拉到较低的压力(2)。通过弯曲其钟状体边缘,水母将涡流向下移动到下方(3)。在那里,涡流在旋转时将水向上推,给水母额外的推力(4)。

制图:埃莉诺·卢茨

© . All rights reserved.