В исследовании участвовали сальпы, маленькие существа, внешне похожие на медуз, которые совершают ночное путешествие из глубин океана на поверхность. Наблюдение за этой миграцией с помощью специальных камер помогло исследователям UO и их коллегам запечатлеть грациозное, скоординированное плавательное поведение макропланктона.

"Крупнейшая миграция на планете происходит каждую ночь: вертикальная миграция планктонных организмов из морских глубин на поверхность", - сказала Келли Сазерленд, доцент кафедры биологии Орегонского института морской биологии, возглавлявшая исследование. "Они каждый день проводят марафон, используя новую механику жидкости и газа. Эти организмы могут стать платформой для вдохновения при создании роботов, которые эффективно преодолевают морские глубины".

Выводы исследователей были опубликованы 15 мая в журнале Научные достижения В исследовании приняли участие представители Морского консорциума университетов Луизианы, Университета Южной Флориды, Университета Роджера Уильямса, Морской биологической лаборатории и колледжа Провиденс.

"Несмотря на внешнее сходство с медузами, сальпы представляют собой бочкообразный водный макропланктон, который более тесно связан с позвоночными, такими как рыбы и люди", - сказал Алехандро Дамиан-Серрано, адъюнкт-профессор биологии Калифорнийского университета. По его словам, они обитают вдали от берега и могут вести одиночный образ жизни или объединяться в колонии. Колонии состоят из сотен особей, связанных цепочками, длина которых может достигать нескольких метров.

"Сальпы - действительно странные животные", - сказал Дамиан-Серрано. "Хотя их общий с нами предок, вероятно, выглядел как маленькая бескостная рыбка, их родословная утратила многие из этих черт и усилила другие. Одиночные особи ведут себя подобно материнскому кораблю, который бесполым путем размножает цепочку отдельных клонов, объединенных вместе для создания колонии."

Но самое уникальное в этих морских обитателях было обнаружено во время океанских экспедиций исследователей: их техника плавания.

Проводя исследования у побережья острова Кайлуа-Кона на Гавайях, Сазерленд и ее команда разработали специализированные системы 3D-камер для подводной съемки своей лаборатории. Они проводили дневные погружения с аквалангом, "погружаясь в бесконечную синеву", как описала Дамиан-Серрано, для проведения исследований с высокой видимостью.

Они также совершали ночные погружения, когда черный фон позволял получить высококонтрастное изображение прозрачных существ. Сазерленд отметил, что они столкнулись с огромным количеством различных сальп, которые совершали свою ночную миграцию к поверхности, а также с множеством фотобомбирующих акул, кальмаров и ракообразных.

С помощью изображений и записей исследователи заметили два способа плавания. Если более короткие колонии вращались вокруг оси, как футбольный мяч по спирали, то более длинные цепочки изгибались и закручивались подобно штопору. Это называется спиральным плаванием.

По словам Сазерленда, спиральное плавание не является чем-то новым в биологии. Многие микроорганизмы также вращаются в воде, но механизмы, лежащие в основе движения сальп, другие. По словам Сазерленда, микробы взбивают воду волоскообразными выступами или хлыстиками хвоста, но сальпы плавают с помощью реактивного двигателя. По словам Дамиана-Серрано, у них есть сокращающиеся мышечные группы, подобные тем, что находятся в горле человека, которые перекачивают воду, всасываемую с одной стороны тела и выбрасываемую с другой, создавая толчок.

Исследователи также заметили, что отдельные струи сокращались в разное время, в результате чего вся колония постоянно перемещалась без остановки. Струи также были направлены под углом, что способствовало плаванию на спиннинге и в кольцах, сказал Сазерленд.

"Моей первоначальной реакцией было настоящее удивление и трепет", - сказала она. "Я бы описала их движения как змееподобные и грациозные. У них есть несколько звеньев, которые пульсируют в разное время, образуя целую цепочку, которая движется очень плавно. Это действительно красивый способ передвижения".

По словам Сазерленда, микророботы, вдохновленные пловцами-микробами, уже существуют, но это открытие открывает инженерам путь к созданию более крупных подводных аппаратов. По словам Дамиана-Серрано, возможно, удастся создать роботов, которые будут бесшумными и менее турбулентными, если они будут созданы по образцу этих эффективных пловцов. Конструкция multijet также может быть энергетически выгодной для экономии топлива, сказал он.

По словам Сазерленда, таким образом еще предстоит описать не только микробы, но и более крупные организмы, такие как планктон. Благодаря новым и новаторским методам изучения морских обитателей, разработанным Сазерлендом, ученые, возможно, придут к пониманию того, что спиральное плавание более распространено, чем считалось ранее.

"Это исследование поднимает больше вопросов, чем дает ответов", - сказал Сазерленд. "Существует новый способ плавания, который не был описан ранее, и когда мы начинали исследование, мы стремились объяснить, как он работает. Но мы обнаружили, что остается еще много нерешенных вопросов, например, в чем преимущества такого способа плавания? Сколько различных организмов вращаются или штопорят?"