解读海生蜗牛运动的流体物理学学术资讯

海生蜗牛

海洋中，每天都有数以亿计的微型海生蜗牛（一种浮游生物）往返于地表水域与几百米下的深海栖息地之间，它们晚上在水面附近觅食，白天则在深海中躲避捕食者。这种生物在地球化学循环过程和气候变化中扮演着重要角色：全球12%至13%的碳酸盐通量是在死螺的碳酸钙外壳下沉到深海时生成的——它们溶解后会导致大气含碳量增加和海洋酸化效应。由于它们不能在实验室存活，研究难度很大，人们对这类动物的行为知之甚少，尤其是亚热带和热带最具生物多样性的海蝴蝶。

据《前沿》杂志9月7日报道，一组专门从事流体物理学和生物学交叉研究的海洋学家和工程师，拍摄了热带海生蜗牛的运动视频，并从流体物理学和生态学的角度对它们进行了分析。

他们的研究结果表明，这类生物的每个物种都有自己独特的游泳姿态和下沉方式，而这些美丽的外在表现取决于其壳的形状（卷曲型、拉长型或圆形型）、身体大小、有无 “翅膀”以及运动速度。体型最小的那些物种游动更加困难，因为海水对于它们来说“更粘稠”，会影响它们运动的角度、轨迹和稳定性。

论文的通讯作者、美国南佛罗里达大学机械工程系的助理教授David Murphy博士介绍：“我们想知道它们外壳的不同形状和大小是如何影响其游泳行为的。我们发现，拥有飞机翼状外壳的物种比那些拥有“蜗牛状”盘绕外壳的物种游得更快，也更容易调整姿态。然而，游泳速度与这些动物每天迁徙的距离没有相关性，这表明光线、温度水平以及捕食者和猎物也在这个过程起到了一定作用。我们还发现，拥有翅膀形外壳的海蝴蝶会借助其外壳向下‘滑翔’，以减缓下沉的速度。了解这些动物的游泳能力有助于我们更好地了解它们在海洋中的生态重要性和分布情况。此外，作为工程师，我们希望从这些生物的游泳方式中获得灵感，以求设计出新一代仿生潜水器。”

2017年至2019年间，研究人员在百慕大附近的夜晚海域捕获了9种翼足类动物海生蜗牛（从0.9毫米到13.1毫米长不等）的多个个体样本，其中包括7种“海蝴蝶”，1种“海洋天使” ，另有一种亚特兰提德翼足类。为研究每一物种的活动深度偏好，Murphy团队进一步采集了大量海生蜗牛。他们使用基于图片的机器学习和DNA进行分类，估算出这些物种每天垂直游动50至300米，每天的通勤时间为1到3.7小时。

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编译：朱明逸

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《前沿》

期刊编号： 0016-2086

原文链接：

https://phys.org/news/2020-09-poetry-motion-fluid-physics-movement.html