Камеры на китах показали эффективность плавания океанских гигантов

Новое исследование, в котором использовались устройства, прикреплённые к животным, показало, что относительно коренастый и угловатый горбатый кит движется в воде эффективнее, чем его более обтекаемый и крупный родственник — синий кит.

Исследование, представленное на встрече Ocean Sciences Meeting 2020 в Сан-Диего, показало, что для эффективного поступательного движения синих, горбатых и малых полосатиков важнее всего размер, а не форма. При этом все киты оказались высокоэффективными пловцами.

Это одна из первых работ, в которой измерялись сила тяги и пропульсивная эффективность китов в естественной среде. Чтобы собрать данные, исследователи из Стэнфордского университета с помощью присосок закрепили на спинах синих, горбатых китов и малых полосатиков небольшие устройства размером с два смартфона. Эти виды усатых китов представляют широкий спектр размеров.

Понимание физики движения китов помогает учёным рассчитать энергетические потребности гигантов и то, насколько эффективно они используют ограниченные запасы пищи для долгих миграций.

«[Устройство] совсем не большое и имеет много того же, что и iPhone: магнитометры, гироскопы и акселерометры для измерения скорости, положения и ориентации, а также GPS и камеры, чтобы мы могли видеть, что кит делает под водой», — сказал Хейден Смит, студент Юго-Западного университета, представляющий исследование.

Все киты продвигаются вперёд за счёт вертикальных изгибов своего большого хвоста — экономичного движения, эквивалентного боковым колебаниям рыб. Механика плавания дельфинов и более мелких зубатых китов изучалась на содержащихся в неволе животных, но крупнейших китов нельзя исследовать в резервуарах.

Устройства с камерами собирали информацию о движениях и местоположении китов в открытом океане от нескольких минут до нескольких часов, пока присоски не отваливались. Видеосъёмка некоторых китов с воздуха дополнила сбор данных, дав исследователям хорошую оценку размеров животных.

«Я ожидал, что у горбатого кита будет самая низкая пропульсивная эффективность из-за формы тела — они гораздо более округлые, — но я также ожидал, что они будут создавать наибольшую тягу, потому что у них самые большие придатки, самые большие плавники и хвостовые лопасти по сравнению с другими животными в исследовании. Но это не то, что мы обнаружили», — сказал Смит.

Новое исследование показало, что сила тяги, с которой кит продвигается вперёд в воде, пропорциональна размеру тела кита. Более крупные киты способны на большую тягу. Синие киты, самые крупные животные на Земле массой до 150 тонн, производят больше тяги, чем горбачи, а те, в свою очередь, больше, чем малые полосатики.

Но исследователи обнаружили обратную закономерность для пропульсивной эффективности — меры того, насколько эффективно энергия, затрачиваемая на взмахи хвостом, преобразуется в скорость поступательного движения. Малые полосатики, самые маленькие из усатых китов массой 10 тонн, преобразовывали энергию в движение эффективнее, чем более крупные горбачи.

Смит предполагал, что дополнительное сопротивление, создаваемое изгибами тела горбачей, потребует дополнительной энергии для его преодоления, но его результаты показали связь только с общим размером тела. Пропульсивная эффективность горбатых китов была выше, чем у синих.

В целом пропульсивная эффективность для всех китов оказалась чрезвычайно высокой — около 85–90%, как выяснил Смит.