Подсказки для будущего подводных исследований могут скрываться в существе, похожем на медузу
Сифонофоры — морские животные, которые перемещаются во внутреннем пространстве океана, как подводные мини-версии звездолёта «Энтерпрайз».
Большинство сифонофор — длинные, тонкие, прозрачные существа. Один вид, достигающий 40–50 метров в длину, является одним из самых длинных животных в мире.
Хотя сифонофоры выглядят как единые организмы, на самом деле это колонии множества отдельных животных. Как члены экипажа на борту «Энтерпрайза», каждый член колонии играет свою роль в управлении «кораблём», в данном случае — в основном в поворотах или движении вперёд.
Морские животные, плавающие за счёт реактивного движения, такие как медузы и кальмары, довольно распространены. Но редко можно встретить колонию животных, которая координирует работу множества «двигателей» для перемещения всей особи, отмечает морской биолог Джек Костелло из Колледжа Провиденс.
Костелло и его коллеги недавно опубликовали результаты исследования способов передвижения одного вида сифонофор — обычного вида Nanomia bijuga — в журнале Nature Communications. Соавторами статьи являются Шон Колин из Университета Роджера Уильямса, Брэд Джеммелл из Университета Южной Флориды, Джон Дабири из Стэнфордского университета и Келли Сазерленд из Орегонского университета.
Исследователи обнаружили, что N. bijuga использует сложную систему многодвигательного реактивного движения, основанную на разделении труда между молодыми и старыми членами колонии.
«Эти исследователи предоставили нам одни из первых сведений о том, как этот сложный колониальный организм координирует свою плавательную активность», — говорит Дэвид Гаррисон, руководитель программы в Отделении океанологических наук Национального научного фонда (NSF), который поддержал исследование.
Ничего не пропадает
«Эта сифонофора — высокоэффективная система, в которой ни одна стадия развития не тратится впустую», — говорит Костелло. Молодые особи в передней части колонии используют свои меньшие «двигатели» для поворотов и управления. Более старые и крупные особи, расположенные дальше сзади, обеспечивают более мощную тягу, когда колония перемещается с места на место.
«Это сложная конструкция для того, что на первый взгляд кажется простым организмом», — отмечает Костелло.
N. bijuga принадлежит к группе колониальных животных, называемых физионектными сифонофорами. Они родственны медузам, актиниям и кораллам. Будучи прожорливыми планктоноедами, эти сифонофоры мигрируют к поверхности океана ночью в поисках добычи, а днём возвращаются на более тёмные глубины, чтобы избежать хищников, таких как рыбы.
Нектосома: центр управления
Члены колонии сифонофоры, отвечающие за реактивное движение, называются нектофорами. Это генетически идентичные клоны, расположенные в так называемой нектосоме. Нектосома имеет длину всего несколько дюймов, но она буксирует гораздо более длинные группы репродуктивных и питательных единиц на расстояния, которые могут достигать 200 метров и более каждый день.
Это эквивалентно, по словам Костелло, тому, как взрослый человек пробегает марафон каждый день, буксируя за собой массу, эквивалентную массе собственного тела.
Чтобы проанализировать плавательные способности N. bijuga, Костелло и его коллеги измерили потоки частиц вокруг сифонофоры во время её движения. Результаты показали размер и тягу отдельных «двигателей».
Исследователи обнаружили, что самые молодые нектофоры выталкивали наименьшее количество воды. Однако, поскольку они расположены на кончике нектосомы, далеко от места её соединения с остальным телом сифонофоры, направленная сила, создаваемая этими молодыми особями, оказывает непропорционально большое влияние на вращение всей колонии. «То, что молодые особи малы, не означает, что они не важны», — говорит Костелло.
«У этих молодых членов длинный рычаг, — объясняет он. — Они похожи на ручки дверей. Если вы толкнёте дверь рядом с петлями, её будет трудно открыть. Но если вы нажмёте на ручку двери, дверь откроется легко. Небольшая сила, приложенная к большому рычагу, сильно влияет на поворот, и то же самое происходит с этой сифонофорой».
Молодые члены колонии позволяют N. bijuga быстро менять курс — и полностью разворачиваться в противоположном направлении.
По мере того как новые нектофоры образуются на кончике нектосомы, старые перемещаются дальше назад, где их более мощные сокращения важны для создания тяги.
«Такая организация позволяет всем членам колонии помогать в маневрировании, которое критически важно для сифонофор, когда они прокладывают путь в океане», — говорит Костелло.
Сифонофоры: будущее подводных исследований?
Эта модель даёт представление о биомеханическом успехе сифонофор и обеспечивает «базовое понимание естественного решения для организации работы нескольких двигателей, которое может внести вклад в развивающуюся область проектирования подводных транспортных средств с распределённой силовой установкой», — пишут учёные в своей статье.
Костелло представляет себе подводный исследовательский аппарат, который, подобно N. bijuga, вращается в глубинах, используя элегантно расположенные двигатели, протянувшиеся спереди назад.
«Возможно, мы можем заглянуть в наше собственное будущее в море, изучая, как это, казалось бы, простое животное перемещается из одной части океана в другую, полагаясь на своих самых молодых членов экипажа», — говорит он.
Как заметил капитан Кирк с палубы «Энтерпрайза»: «Скакать по космосу — занятие для молодых». Он и не подозревал.