扇形管虫如何通过管道的快速逃生

日期:2023-05-18来源:环球科学点击:639 字号: 手机:

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管虫是一种多毛纲环节动物,它们从保护管中伸出放射状的触手来捕获悬浮的食物颗粒。当感受到外界的威胁时,它们会快速将触手缩回管中以保护自己。有趣的是,管虫的逃逸速度高达272±135 mm/s(相当于8±4个体长/s),这与自然界中最快的游泳者之一旗鱼(4个体长/s)的速度相媲美。然而,管虫如何在进行如此快速有力的水下运动的同时,保护毛状触手不受损伤仍未为人所知。

 

近期,中山大学、滑铁卢大学和隆德大学的科学家合作揭示了一种尚未报道的管虫快速回撤机制——即功能性形态适应,以减少流体阻力,实现水下快速运动而不损伤毛状触手。结合组织学与数学模型分析,他们发现,相比于其他的环节动物(蚯蚓、水蛭和沙蚕),管虫拥有强大的肌肉驱动系统,可以产生高达其体重36倍的收缩力。管虫发展出了功能性形态适应以减少流体阻力,包括它们的放射状小羽的变平和身体节段脊的变形。结合流体动力学仿真与数学模型,他们揭示触手上小羽竖起角度的降低,使得触手回撤过程中受到的流体阻力减少了约47%,附加质量减少了约75%(减少了相当于管虫质量的39%)。研究人员还发现管虫在回撤过程中并未与管壁发生碰撞,沿管虫的前后轴线有均匀分布的由腹部两侧体段形成的楔形脊,这些身体节段脊会变形,降低了回撤过程中89%的摩擦系数。这些策略使管虫能够执行快速逃生反应,并可以启发快速管道机器人的设计。这一研究已发表于《实验生物学》(Journal of Experimental Biology)杂志。

 

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