Иногда рыбы замирают в толще воды. С нашей точки зрения это выглядит, будто рыба отдыхает, а значит — тратит меньше энергии. Однако теперь ученые выяснили, что рыбы тратят в два раза больше энергии, когда зависают на месте, по сравнению с отдыхом на дне. Так получается из-за того, что им постоянно приходится едва заметно двигать плавниками, чтобы сохранить ровное положение в воде. Более короткие тела рыб — менее маневренные, но тратят меньше энергии при «зависании» в воде, а более длинные и тонкие тела — наоборот. Работа поможет в проектировании подводных роботов и дронов. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .
У костных рыб есть плавательный пузырь — наполненный газом мешочек, расположенный со стороны спины от пищеварительного тракта. Основная его функция — обеспечение плавучести. Наличие этого органа, как ранее считали ученые, позволяет рыбам неподвижно «парить» в толще воды. Считалось, что рыба не тратит на поддержание такого положение энергию, так как она не двигается.
Недавно ученые выяснили, что энергия, которая нужна скатам для плавания с разной скоростью, нелинейна. То есть для того, чтобы плыть очень быстро или очень медленно, им нужно больше энергии, чем для передвижения со средней скоростью. Основываясь на этих результатах, исследователи предположили, что с виду неподвижное зависание в воде может быть не таким простым, как кажется.
Биологи провели эксперименты с 13 видами рыб, у которых присутствует плавательный пузырь. Каждое животное поместили в резервуар и определили, сколько кислорода оно потребляет во время зависания в толще воды и неподвижного отдыха, когда рыба опускается на дно. Кроме того, специалисты снимали животных высокоскоростными камерами, чтобы зафиксировать движения их плавников.
После этого ученые замерили размеры и параметры тела каждой рыбы: центр массы рыбы, то есть распределение ее веса, и центр плавучести, связанный с формой тела и расположением плавательного пузыря. Это позволило оценить устойчивость рыбы в воде.
Оказалось, что зависание в воде потребляет вдвое больше энергии, чем отдых на дне. «Зависание немного похоже на попытку удержать равновесие на велосипеде, который не движется», — рассказала Валентина Ди Санто из Гарвардского университета. Центр массы и центр плавучести рыб не совпадают, из-за чего замершее тело постоянно наклоняется или кренится. Поэтому животное вынуждено постоянно корректировать положение плавниками, особенно при «зависании» в воде, что увеличивает расход энергии.
Также ученые выяснили, что рыбы с грудными плавниками, расположенными ближе к задней части тела, тратят меньше энергии, когда «зависают» в воде. Длинные и тонкие рыбы (например, гигантский данио) тратят больше энергии во время этого процесса, а более компактные тела, как у тетрадона восьмерки, наоборот, более эффективны. Судя по всему, снижение энергоэффективности во время «зависания» в воде связано с повышенной маневренностью.
Исследование может помочь улучшить маневренность подводных роботов, помогая им получать доступ в труднопроходимые места: например, в коралловые рифы и затонувшие корабли.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
