像蝴蝶一樣游泳?海蝸牛在水中“飛翔”

微小的海蝴蝶以8字形扇動其翅膀狀附屬物,以此在海洋中推進

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一些生活在海洋中的生物最終擁有了似乎屬於另一種動物的俗名:海牛既沒有角也沒有乳房。海獅缺少黃褐色的鬃毛。而水母根本不是真正的魚類。

但根據一項新的研究,海蝴蝶是一種微小的海洋蝸牛,它與飛行昆蟲的共同點比你想象的要多。

海蝴蝶也稱為Limacina helicina,生活在北大西洋和太平洋寒冷的海水中。它的殼直徑約為1至4毫米(0.04至0.16英寸),它使用一對翅膀狀的附屬物游泳。當受到威脅時,它可以將這些附屬物縮回殼中。


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許多型別的浮游動物(微小的海洋動物)都具有像海蝴蝶一樣的結構,它們將這些結構用作槳在水中推進。但是,當研究人員首次分析海蝴蝶的附屬物如何移動時,科學家們發現這種生物的游泳方式完全出乎意料。它的運動方式與其它浮游動物的划水方式完全不同。[影片:觀看海蝸牛像蝴蝶一樣在水中飛翔]

榮譽昆蟲

“我們研究得越多,就越發現海蝴蝶是一種榮譽昆蟲,”佐治亞理工學院的研究合著者大衛·墨菲說。

“我們研究了翅膀的運動學——它如何以8字形移動翅膀——這與果蠅拍打翅膀的方式非常相似,”墨菲在給Live Science的電子郵件中說。

為了捕捉這些難以看到的運動,墨菲解釋說,科學家們使用了四個高速攝像機,它們記錄了蝸牛在水族箱中游泳的情況,該水族箱的區域由紅外雷射照亮。但是研究人員還想追蹤當海蝴蝶移動水時,水的運動情況。為此,科學家們在水中加入了微小的反光顆粒。

墨菲說:“四個攝像頭使我們能夠確定數千個這些顆粒中每一個的3D位置,並且從它們的運動中,我們可以測量動物周圍的3D流動。”

“拍擊和拋擲”

研究人員發現,海蝴蝶正在使用許多小型昆蟲常用的飛行技巧:一種稱為“拍擊和拋擲”的技術,即動物將其翅膀在身後拍擊,然後將它們拋開,墨菲解釋說。這會在每個翼尖處產生一個微型的氣流漩渦(或者在海蝴蝶的情況下,是水流漩渦),從而提供額外的升力。

墨菲說,測量翅膀的運動和水流並不容易。墨菲告訴Live Science,影像捕獲系統的設定、校準和對齊花費了一整天的時間。為了使試驗更具挑戰性,受試者並不完全可以稱之為健壯,他說。

“海蝴蝶非常脆弱。它們有點像果凍狀像水母,除了堅硬的殼,”墨菲說。這給從西海岸成功運輸這些生物以及保持它們的良好狀態帶來了挑戰。但是,幸運的是,研究人員的小遊泳者不僅安全到達,而且非常合作,他說。

墨菲說:“很難讓動物在鏡頭前游泳,但是這些動物表現得非常好,併為我們提供了完美的資料。”

該研究結果於今天(2月17日)線上發表在《實驗生物學雜誌》上。

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Mindy Weisberger is a science writer covering biology, paleontology, climate change and space. She studied film at Columbia University and produced, wrote and directed media for the American Museum of Natural History for more than a decade, creating videos about dinosaurs, astrophysics, biodiversity and evolution that have appeared in museums and science centers worldwide. Her book Rise of the Zombie Bugs: The Surprising Science of Parasitic Mind-Control will be published in the spring of 2025 by Hopkins Press.

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