Математика помогла объяснить то, как плавают омары

Математика помогла объяснить то, как плавают омары

Ученые обнаружили то, как именно ракообразные координируют свои движения во время плавания в воде. Команда из четырех американских математиков и биолога показали, что техника плавания омаров может быть очень эффективной.

Работа является одним из немногих примеров  анализа нейронных цепей, лежащих в основе определенного поведения, используемых в биологических системах. О результатах исследования сообщается в статье Proseedings of the National Academy of Sciences.

Как считает ведущий автор исследования профессор математики Тимоти Льюис из Университета Калифорнии в Дэвисе, раки, в том числе и пресноводные раки, а также креветки, омары и другие ракообразные плавают с помощью специального волнового стиля движения за счет использования четырех или пяти пар маленьких веслообразных конечностей.

Движение каждой конечности выталкивает воду в обратном направлении. Затем конечность рака передвигается вперед и готова для нового цикла. По мнению профессора Брайана Муллонеа, биолога в этой команде ученых, частота движений ракообразных может варьироваться от менее чем одного движения в секунду до десяти движений в секунду.

Во время таких движений от воздействия конечностей ракообразных образуется небольшая волна, которая начинается от спины животного и далее распространяется к животу и в сторону головы ракообразных.

омар в воде

По мнению ученых, волна возникает потому, что передняя пара конечностей приводнится в движение на четверть цикла позднее, чем пара конечностей, которые расположены за ними.

С помощью компьютерного моделирования потока жидкости, группа ученых рассмотрела три способа передвижения в воде ракообразных. Первым можно считать движение конечностей в унисон, вторым – движение при котором возникает волна и направляется от головы к хвосту и при третьем движении возникает волна, которая направляется от хвоста к голове. В природе ракообразные создают волну, которая движется от хвоста к голове.

Исследователи обнаружили, что волна, направляющаяся от хвоста к голове была на 30% эффективнее, чем движение конечностями в унисон и на 300% или даже 550% эффективнее, чем волна, которая направлялась от головы к хвосту.

Кроме этого ученые смоделировали нейронные цепи, которые управляют такими плавательными движениями ракообразных. При этом одна из нейронных цепей контролирует поступательное движение конечностей, а другая обратный ход. В результате этого возникает ритмический импульс, который похож на движение метронома.

Такие математические исследования помогли лучше понимать развитие ракообразных в природе.

 

Автор

Запись опубликована 10 Сентябрь 2014 в разделе Новости