Для скоростных маневров тунцы применили гидроусилители плавников

Морские биологи из Стэнфордского Университета и Монтерейского океанариума обнаружили у тунцов гидравлическую систему управления плавниками. В использовании гидравлики при передвижении ранее были уличены некоторые беспозвоночные, например, медузы, но у позвоночных животных подобное явление открыто впервые. Ток «гидравлической жидкости», управляющий плавниками, создается в лимфатических сосудах, которые особым образом интегрированы в мышцы. Научная статья опубликована в Science, а комментарии авторов о своей работе можно прочитать в заметке в издании ScienceDaily.

Голубые тунцы, которые стали объектом исследования биологов, являются одними из самых быстрых пловцов в мировом океане, уступая только марлинам. По разным данным, тунцы разгоняются до 60-80 километров в час. Такая скорость позволяет им мигрировать на большие расстояния и лакомиться быстрой добычей, которая недоступна для других морских хищников, к примеру, кальмарами. К несчастью, тунцы сами стали деликатесом для самого изобретательного хищника – человека, и в настоящее время находятся под угрозой исчезновения. В Монтерейском океанариуме в Калифорнии был создан центр по изучению и сохранению тунца, сотрудники которого и обнаружили гидравлическую систему в плавниках.

Развивать большую скорость тунцам позволяют форма тела и мелкая чешуя, которая делает поверхность тела более гладкой и обтекаемой. Кроме того, тунцы обзавелись несколькими уникальными физиологическими особенностями. В отличие от остальных рыб, тунцы являются теплокровными, то есть способны поддерживать температуру тела выше окружающей среды. Способствует этому устройство кровеносной системы, пронизывающей мышцы таким образом, что артерии и вены прилегают друг к другу и между ними осуществляется теплообмен. Кроме того, особенности кровообращения упрощают газообмен с водой, поэтому кровь тунца отличается высоким содержанием кислорода. Большое количество миоглобина, связывающего кислород, делает мышцы тунца красными.

Авторы нового исследования обнаружили у тунца еще одну уникальную особенность, связанную с лимфатическими сосудами. Лимфатическая система, так же, как и кровеносная, представляет собой связанную систему сосудов, однако у нее нет центрального насоса. Основной ее функцией является транспорт по организму различных веществ и клеток иммунитета. Использование лимфатической системы для механического управления конечностями — необычное явление в животном мире.

Ведущий автор статьи Вадим Павлов заметил у тихоокеанского голубого тунца (Thunnus orientalis) полости в основании плавников. Введение в полость контрастного вещества показало, что она представляет собой часть системы соединенных сосудов. Ученые предположили, что сосудистая система может участвовать в регуляции подвижности плавника и подтвердили это, накачивая в полости физраствор. По всей вероятности, подъем плавника обеспечивается последовательным изменением давления жидкости в полостях в результате сокращения мышц, через которые проходят сосуды. Кроме того, биологи отсняли в Монтерейском аквариуме множество видеозаписей с тунцами, что позволило построить компьютерную симуляцию плывущей рыбы и проанализировать, как подъем плавников повлияет на гидродинамику тунца.

Отдельная часть работы была посвящена тому, чтобы доказать, что обнаруженные гидравлические полости действительно являются частью лимфатической системы. Для этого содержимое сосудов проанализировали на наличие активных иммунных клеток, способных к фагоцитозу. В итоге ученые подтвердили, что тунцы действительно приспособили лимфатические сосуды для «гидравлического усиления» плавников. Эта особенность позволяет рыбам эффективно маневрировать на больших скоростях и при этом экономно расходовать энергию. Авторы работы провели аналогию системы тунца с классической гидравлической системой, где мышцы выполняют роль насоса, сосуды контролируют направление тока жидкости, а лучи плавников служат приводом, преобразующим давление в механическую энергию. Открытие биологов должно заинтересовать инженеров – к примеру, гидравлическая система тунца может быть использована для улучшения маневренности подводных и воздушных судов.

Применение на практике принципов, обнаруженных у представителей животного мира, называется бионикой. Мы уже неоднократно писали об устройствах, призванных имитировать природные «изобретения» – например, лапки геккона, или летучую мышь.

Дарья Спасская