Рыбы тратят на зависание в воде вдвое больше энергии, чем на отдых
Новое исследование показало, что рыбы используют почти вдвое больше энергии при зависании на месте в толще воды по сравнению с состоянием полного покоя. Ранее считалось, что эта способность, обеспечиваемая плавательным пузырём, практически не требует затрат.
Ключевые выводы
- Энергозатраты: Зависание требует примерно в 2 раза больше энергии, чем отдых на дне.
- Причина нестабильности: Центр массы и центр плавучести рыбы не совпадают, создавая постоянную тенденцию к опрокидыванию.
- Компенсация: Чтобы сохранять положение, рыбы совершают постоянные тонкие движения плавниками.
- Связь с формой: Виды с большим расстоянием между центрами массы и плавучести тратят на зависание больше энергии.
Ход исследования
Учёные из Института океанографии Скриппс (Калифорнийский университет в Сан-Диего) провели эксперименты с 13 видами костистых рыб, имеющих плавательный пузырь.
- Измеряли потребление кислорода во время активного зависания и полного покоя.
- Высокоскоростная съёмка фиксировала движения плавников.
- Измеряли параметры тела, включая расстояние между центром массы и центром плавучести.
Влияние формы тела на эффективность
- Менее эффективны: Удлинённые рыбы (например, цихлида Lamprologus ocellatus и гигантский данио Devario aequipinnatus).
- Более эффективны: Рыбы с глубоким, компактным телом (например, золотая рыбка Carassius auratus или восьмёрый тетраодон Dichotomyctere ocellatus).
- Положение плавников: Рыбы с грудными плавниками, расположенными дальше назад, тратили меньше энергии, вероятно, из-за лучшего рычага.
Эволюционный компромисс и приложения
«Зависание — это не форма отдыха. Это энергозатратная деятельность, но рыбы её используют, потому что она очень полезна», — отмечает ведущий автор Валентина Ди Санто. Оно необходимо для охраны гнёзд, питания на определённом месте или удержания позиции в толще воды.
Исследование выявило эволюционный компромисс: повышенная манёвренность достигается ценой эффективности зависания, и наоборот. Эта «нестабильность» даёт рыбам исключительную ловкость в сложных средах, таких как коралловые рифы.
Полученные данные могут помочь в проектировании подводных роботов и дронов. Исторически их делали компактными и стабильными, что снижает манёвренность.
«Если вам нужен робот, способный перемещаться в тесных пространствах, возможно, стоит позаимствовать у рыб идею: заложить некоторую нестабильность в конструкцию, а затем добавить системы для динамического поддержания устойчивости, когда это необходимо», — заключила Ди Санто.
Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences