Математики пояснили, як плавають креветки
Деякі ракоподібні, такі як креветки і лангусти, плавають за допомогою ритмічних рухів чотирьох або п`яти пар кінцівок плеоподов, схожих на невеликі весла.
Розрахунки показали, що руху креветок і лангустів на 30% ефективніше синхронних гребків і більш ніж в три рази ефективніше рухів, спрямованих від голови до хвоста.
Кожна нога спочатку з силою штовхає воду назад, а потім подгибается для зниження опору і переміщається на вихідну позицію. Частота таких рухів може досягати десяти поштовхів в секунду. При цьому кінцівки гребуть не одночасно, а в суворій послідовності. Спочатку штовхається пара ніг, розташована ближче до хвоста, потім з затримкою в чверть циклу наступна і так далі. З боку це нагадує хвилі, що йдуть від хвоста до голови.
Група американських вчених, що складається з чотирьох математиків і одного біолога, вирішила розібратися, чому в ході природного відбору ракоподібні вибрали саме такий складний стиль плавання. За допомогою комп`ютерної моделі, що враховує динаміку потоків рідини, дослідники порівняли три способи гребли: синхронне переміщення всіх ніг одночасно, хвилеподібні рухи від хвоста до голови і в зворотному напрямку.
"Коли я вперше почав думати обетом способі плавання, мені здавалося, що руху від голови до хвоста давали б більше механічне перевага, але моделювання показало, що це не так", - Говорить співавтор роботи Тімоті Льюїс (Timothy Lewis) з Каліфорнійського університету в Девісі.
Розрахунки показали, що руху креветок і лангустів на 30% ефективніше синхронних гребків і більш ніж в три рази ефективніше рухів, спрямованих від голови до хвоста.
Виявивши, що ракоподібні вибрали найбільш раціональний спосіб плавання, вчені вирішили уважно вивчити нервові ланцюги, які керують цим процесом.
"кожне "весло" управляється парою нервових клітин, які по черзі пригнічують один одного, - пояснює біолог Брайан Мюллоні (Brian Mulloney). - Один нейрон контролює поштовх, інший - зворотний хід. В результаті виходить ритмічний пульс, схожий на метроном".
У свою чергу кожна пара таких метрономів певним асиметричним чином підключена до нейронам наступного "весла". Математичний аналіз показав, що така асинхронна зв`язок ідеально підходить, щоб забезпечити затримку в чверть циклу, необхідну для найбільш ефективної веслування.
Таким чином, за допомогою математичних методів вчені продемонстрували, як в ході природного відбору на рівні нейронних ланцюгів організми набувають складну поведінку, що дозволяє найбільш ефективно використовувати енергію.
Детальніше з результатами роботи можна познайомитися в статті, опублікованій в виданні PNAS.
