Передвижение животных по поверхности воды
Передвижение животных по поверхностному слою воды — это изучение передвижения мелких животных , которые живут в поверхностном слое воды , полагаясь на поверхностное натяжение , чтобы оставаться на плаву.
Существует два типа передвижения животных по воде, определяемые соотношением веса воды животного к поверхностному натяжению : те, чей вес поддерживается поверхностным натяжением в состоянии покоя и поэтому может легко оставаться на поверхности воды без особого напряжения, и те, чей вес не поддерживается поверхностным натяжением воды в состоянии покоя, и поэтому должны совершать дополнительное движение в направлении, параллельном поверхности воды, чтобы оставаться над ней. Такое существо, как ящерица-василиск , часто называемая «ящерицей Иисуса», имеет вес, превышающий силу поверхностного натяжения, и широко известно тем, что бегает по поверхности воды. Другой пример, западная поганка , выполняет брачный ритуал, включающий бег по поверхности воды. [1]
Животные, живущие на поверхности, такие как водомерки, обычно имеют гидрофобные ступни, покрытые небольшими волосками , которые не позволяют ступням вырываться из поверхности и намокать. Еще одно насекомое, которое, как известно, ходит по поверхности воды, — это вид муравьев Polyrhachis sokolova . Карликовый геккон ( Coleodactylus amazonicus ) благодаря своим небольшим размерам и гидрофобной коже способен также ходить по поверхности воды. [2]
По словам биофизика Дэвида Л. Ху , существует по меньшей мере 342 вида водомерок. [3] По мере того, как страйдеры увеличиваются в размерах, их ноги становятся пропорционально длиннее: Gigantometra gigas имеет длину более 20 см и требует силы поверхностного натяжения около 40 миллиньютонов .
Водомерки создают тягу за счет образования вихрей в воде: во время рабочего хода создается серия U-образных вихревых нитей. Два свободных конца буквы «U» прикреплены к поверхности воды. Эти вихри передают воде достаточный (обратный) импульс, чтобы двинуть животное вперед (обратите внимание, что некоторый импульс передается капиллярными волнами ; см. В парадоксе Денни более подробное обсуждение .)
Восхождение на мениск
[ редактировать ]Чтобы перейти с поверхности воды на сушу, водное насекомое должно бороться с наклоном мениска у кромки воды. Многие такие насекомые не могут подняться по этому мениску, используя свой обычный двигательный механизм.
Дэвид Ху и его коллега Джон Буш показали, что такие насекомые взбираются по менискам, принимая фиксированное положение тела. Это деформирует поверхность воды и создает капиллярные силы , которые толкают насекомое вверх по склону, не перемещая его придатков.
Ху и Буш приходят к выводу, что лазание по мениску является необычным средством движения, поскольку насекомое движется в квазистатической конфигурации, не двигая своими придатками. Биолокомоция обычно характеризуется передачей энергии мышечного напряжения кинетической и гравитационной потенциальной энергии существа, а также кинетической энергии суспендирующей жидкости. Напротив, лазание по мениску имеет другой энергетический путь: деформируя свободную поверхность, насекомое преобразует мышечное напряжение в поверхностную энергию, которая обеспечивает его подъем. [4]
Марангони двигательная установка
[ редактировать ]Многие насекомые, в том числе некоторые наземные, могут выделять поверхностно-активное вещество и двигаться, используя эффект Марангони . Ху и Буш сообщают, что Microvelia может достигать максимальной скорости 17 см/с, что вдвое превышает максимальную скорость ходьбы, используя двигательную установку Марангони.
Движение марангони с помощью смачивающего членистоногого в точности аналогично мыльному кораблику, но ситуация с такими насекомыми, как водомерки, более сложна. Ху и Буш заявляют, что «для несмачивающих членистоногих переход химических веществ в кинетическую энергию более тонкий, поскольку стресс Марангони должен передаваться через сложный поверхностный слой существа».
Парусный спорт
[ редактировать ]
Веллелла , моряк, путешествующий по ветру, — книдарий, у которого нет никаких средств передвижения, кроме парусного спорта . Небольшой жесткий парус поднимается в воздух и ловит ветер. Паруса Velella всегда выравниваются по направлению ветра, при этом парус может действовать как аэродинамическое крыло , поэтому животные имеют тенденцию плыть по ветру под небольшим углом к ветру. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Aechmophorus occidentalis западная поганка» . Сеть разнообразия животных . Биологический музей Мичиганского университета . Проверено 2 января 2014 г.
- ^ Уокер, Мэтт (13 октября 2009 г.). «Ящерицы сняли «ходьбу по воде» » . Новости Би-би-си .
- ^ Ху, Дэвид Л.; Чан, Брайан; Буш, Джон В.М. (2003). «Гидродинамика передвижения водомерок». Природа . 424 (август). Издательская группа Nature : 663–6. Бибкод : 2003Natur.424..663H . дои : 10.1038/nature01793 . ПМИД 12904790 . S2CID 4362791 .
- ^ Ху, Дэвид Л.; Буш, Джон ВМ (2005). «Насекомые, лазящие по менискам». Природа . 437 (сентябрь). Издательская группа Nature : 733–736. Бибкод : 2005Natur.437..733H . дои : 10.1038/nature03995 . ПМИД 16193052 . S2CID 9854930 .
- ^ Макнил Александр, Р. (2002). Принципы передвижения животных . Издательство Принстонского университета. ISBN 0-691-08678-8 .
- Джон В.М. Буш и Дэвид Л. Ху. ХОДЬБА ПО ВОДЕ: Биолокомоция на границе раздела . Ежегодный обзор механики жидкости, том. 38, с. 339-369, январь 2006 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Мениски-лазающие насекомые (фото)