Морские улитки с круглой раковиной отказались тонуть вертикально
Американские инженеры связали скорость плавания и погружения нескольких видов тропических морских улиток с формой их раковины и размерами тела. При движении обоих типов самыми медленными оказались улитки со спирально закрученной раковиной, а самыми быстрыми — с круглой раковиной. Интересно, что при пассивном погружении под действием силы тяжести для замедления улитки с круглой раковиной отклоняются от вертикали на 20 градусов, пишут ученые в Frontiers in Marine Science.
Брюхоногие моллюски — важные представители морского зоопланктона, входящие в большую часть пищевых цепочек: как в роли хищников, так и в роли еды. В основном это морские улитки — небольшие животные размером в пару сантиметров, которые обитают в теплой воде на сравнительно небольшой глубине — от десятка до пары сотен метров. Эти моллюски играют важную роль в геохимическом углеродном цикле: во время жизни моллюсков карбонатные раковины находятся в толще воды, а после их смерти оседают на дно.
В поисках пропитания и безопасного места морские улитки довольно быстро перемещаются в воде, преодолевая за день десятки или даже сотни метров как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Известно, что двигаться эти животные могут двумя способами: для перемещения вверх или вбок улитки двигают небольшими плавниками, взмахивая ими как крыльями (поэтому некоторых морских улиток иногда называют морскими бабочками). Если же нужно быстро проплыть вниз, то моллюск забирается в раковину и начинают погружение под действием силы тяжести (то есть фактически тонет).
Ученые считают такой способ движения наиболее эффективным, если нужно быстро скрыться от хищника. Из-за раковины моллюски в целом намного тяжелее воды, поэтому с таким погружением проблем нет, единственная сложность — вовремя остановиться, чтобы случайно не заплыть слишко глубоко и покинуть комфортную зону обитания.
При этом, несмотря на разнообразие и общее количество пелагических морских улиток, особенности их движения (как активного плавания, так и пассивного погружения) очень мало изучены. Большинство видов невозможно культивировать в искусственной среде, а в открытом море изучать биомеханику маленьких и подвижных организмов в толще воды непросто. Поэтому, чтобы изучить особенности плавания морских улиток, американские и бермудские инженеры под руководством Дэвида Мерфи (David W. Murphy) из Южно-Флоридского университета специально собрали в водах Атлантического океана несколько видов моллюсков и наблюдали за ними в течение суток в прозрачном аквариуме, после чего выпустили обратно.
Всего исследователи записали 95 коротких видео с перемещениями девяти видов морских улиток: семи видов покрытотелых крылоногих моллюсков (Themosomata), и по одному виду голотелых крылоногих (Gymnosomata) без раковины и гетеропод (Heteropоd) — с раковиной, но одним непарным плавником. По типу раковины этих морских улиток можно разделить на четыре группы: со спирально закрученной раковиной (как у виноградной улитки), вытянутой раковиной, круглой раковиной или вообще без раковины. В результате измерений ученые получили данные о траектории движения моллюсков, размере тела, размахе «крыльев», частоте взмахов, скорости и числе Рейнольдса при плавании и погружении.
При плавании (вверх или вбок) все траектории были пилообразными — из-за периодических взмахов крыльями моллюски перемещались рывками. Взмахи с частотой от 4 до 12 герц позволяли разогнаться до 84 миллиметров в секунду. Обладателем рекорда скорости плавания среди морских улиток стала Diacria trispinosa с круглой раковиной — оказалось, что для этого достаточно просто больших плавников, даже необязательно ими часто махать. Самыми медленными пловцами стали крылоногие моллюски со спиральной раковиной.
В той же последовательности распределились улитки и по скорости погружения: медленнее остальных тонули моллюски со спиральной раковиной, затем — с вытянутой, и быстрые всех — с круглой (до 86 миллиметров в секунду). Правда с учетом размера тела самыми быстрыми оказались уже улитки со спирально закрученной раковиной: за секунду они могут преодолеть расстояние в 45 раз больше длины своего тела. Единственная в исследовании улитка без раковины Pneumoderma atlantica вообще не погружалась из-за гравитации, но вверх и вбок она плыла не намного медленнее остальных — 18 миллиметров в секунду против 22 миллиметров в секунду у самой медленной из покрытотелых моллюсков.
Кроме того, выяснилось, что хотя при погружении траектории всех улиток прямые, далеко не все погружаются строго вертикально. Для снижения скорости крылоногие моллюски вида Diacria trispinosa «тонут», отклоняясь от вертикали примерно на 20 градусов и немного уменьшая таким образом скорость. Ученые считают, что к такому эффекту приводит форма раковины, которая становится для улитки своеобразным гидрокрылом и смещает ее вбок.
Ученые отмечают, что основные отличия в направлении и скорости течений при плавании морских улиток разных видов определяются в первую очередь числом Рейнольдса. Оно растет с увеличением размера тела и для улиток с разным типом раковины отличается примерно на порядок: для спирально закрученной раковины оно составляет несколько десятков, для вытянутой раковины — несколько сотен, а для круглой раковины — уже больше тысячи. Это влияет на выбор моллюском основного способа передвижения, но мало влияет на выбор оптимальной глубины обитания: по словам ученых, она больше зависит от температуры, освещенности, и наличия пищи и хищников.
Морские улитки интересны ученым не только как животные с необычным способом плавания, но и как потенциальный источник полезных для человека веществ. Например, недавно на основе яда морских улиток ученые разработали миниатюрную версию инсулина, которая действует в несколько раз быстрее человеческого.
Александр Дубов
Они проглатывают яйца весом с себя — и могли бы глотать крыс в 4-5 раз тяжелее себя
Африканская яичная змея Dasypeltis gansi, которая питается птичьими яйцами, способна раскрывать пасть в 2,5-7 раз шире других змей при учете длины тела. Это позволяет ей заглатывать рекордно крупную относительно массы собственного тела добычу. К такому выводу пришел американский герпетолог Брюс Джейн, результаты исследования которого опубликованы в статье для журнала Journal of Zoology. Змеи, за редким исключением, не умеют расчленять добычу и вынуждены заглатывать ее целиком. При этом некоторые из них способны поедать жертв, которые очень велики по сравнению с их собственными размерами. Например, крупные удавы и питоны порой заглатывают оленей и других крупных травоядных — а иногда даже аллигаторов. А африканские (Dasypeltis) и индийские (Elachistodon) яичные змеи целиком поедают птичьи яйца, которые составляют их единственную пищу. Зубы у этих рептилий сильно редуцированы, а нижние отростки шейных позвонков выступают в качестве пилы, которая вскрывает скорлупу яйца, пока оно проходит по пищеводу, после чего змея может проглотить содержимое яйца и отрыгнуть скорлупу. Герпетолог Брюс Джейн (Bruce C. Jayne) из Университета Цинциннати решил подробнее изучить адаптации яичных змей к специализированной диете. Исследователь предположил, что по сравнению с другими змеями эти рептилии должны уметь раскрывать пасть особенно широко относительно своего размера. Он сравнил анатомию африканской яичной змеи Dasypeltis gansi, питающейся исключительно птичьими яйцами, и североамериканской крысиной змеи (Pantherophis obsoletus), которая охотится на мелких позвоночных и яйца поедает лишь изредка (при этом она неспособна вскрыть скорлупу и переваривает яйца целиком). Джейн усыпил 15 яичных змей и 17 крысиных змей, после чего с помощью зондов разного диаметра проверил, насколько крупные объекты помещаются в пасть представителей обоих видов. Выяснилось, что у метровой D. gansi и полутораметровой P. obsoletus максимальный диаметр пасти составляет около пяти сантиметров. Однако яичные змеи короче и даже при одинаковой длине в два с лишним раза легче крысиных, так что если сделать поправку на общие размеры тела, то окажется, что D. gansi раскрывает пасть в три-четыре раза шире, чем P. obsoletus. В основном это связано с тем, что у яичной змеи мягкие ткани между правой и левой половинами нижней челюсти намного растяжимее. Таким образом, яичная змея способна проглатывать намного более крупную добычу относительно собственного размера тела, чем неспециализированная крысиная змея. Интересно, что голова у D. gansi по сравнению с общей длиной тела невелика — однако это не мешает этой змее очень широко раскрывать пасть во время проглатывания яиц. Джейн допускает, что D. gansi может быть рекордсменом среди змей по способности раскрывать пасть. Пока зоологи измерили максимальный диаметр пасти лишь у тринадцати видов змей. По абсолютным значениям этого показателя лидируют темный тигровый питон (Python molurus bivittatus) (22 сантиметра) и техасские гремучники (Crotalus atrox) (6,5 сантиметра). Однако если учесть длину тела и массу, то окажется, что яичные змеи раскрывают пасть шире других змей в 2,5-7 раз. Судя по всему, это позволяет D. gansi поедать самую крупную добычу среди всех змей относительно собственной массы. Африканские яичные змеи способны целиком проглатывать яйца, которые весят столько же, сколько они сами. Такое соотношение массы тела хищника и жертвы встречается среди нескольких других видов змей — однако если учесть форму яиц, то яичные змеи окажутся рекордсменами. По оценке автора, если бы эти рептилии питались крысами, они смогли бы поедать добычу, которая весит в четыре-пять раз больше их. Обычно змеи хорошо справляются с проглатыванием крупной добычи. Однако порой они не рассчитывают силы и давятся насмерть. Например, позапрошлой зимой посетитель национального парка на острове Ки-Ларго у побережья Флориды обнаружил мертвую особь очень редкой змеи скальной тантиллы (Tantilla oolitica), которая погибла, пытаясь проглотить сколопендру.