Морские обезьянки заинтересовали физиков

Морские обезьянки (sea monkeys), крошечные ракообразные из рода артемий давно привлекали внимание аквариумистов и морских биологов из-за их легко наблюдаемого жизненного цикла. В продаже можно найти даже специальные наборы по выращиванию этих животных, так как их яйца жизнеспособны в течение многих лет. Однако теперь они заинтересовали и физиков. Как и другие виды зоопланктона, артемии постоянно мигрируют в вертикальном направлении, отзываясь на условия освещённости в морской воде: они приближаются к поверхности океанов ночью и опускаются ниже в течение дня. Два исследователя из Калифорнийского технологического института экспериментально показали, что такое поведение создаёт водные потоки гораздо большей силы, чем в случае, скажем, отдельных организмов. Их результаты позволяют предположить, что коллективное движение мелких морских организмов может повлиять на глобальную циркуляцию океана почти так же, как ветер или приливы. Существа вида Artemia salina живут по принципу фототаксиса, то есть двигаются в направлении источника света. Исследователи Моника Вильгельмус (Monica Wilhelmus) и Джон Дабири (John Dabiri) использовали лазеры для того, чтобы направлять движения роя мелких ракообразных в большом резервуаре воды и вызывать их вертикальные миграции. Голубой лазер, освещающий одну из сторон резервуара, заставлял ракообразных двигаться вверх; зелёный лазер над резервуаром заставлял держаться по центру. Для визуализации полученных потоков учёные поместили в воду микроскопические стеклянные шарики с серебряным покрытием и засняли перемены в их распределении с помощью высокоскоростных камер. В ходе предыдущих исследований было выяснено, что когда один микроскопический организм передвигается по воде, он создаёт крошечные нарушения. Отдельные потоки, разумеется, не достаточно сильны, чтобы повлиять на течения целого океана. Однако когда два или более организма плавают в непосредственной близости друг от друга (как в ходе этого эксперимента), их взаимодействие порождает вихри и приводит к созданию мощных циркуляций жидкости. Это может изменить и циркуляцию воды в более широком масштабе. "Наше исследование показывает замечательную и ранее не изученную двустороннюю связь между биологией и физикой океана: организмы в океане, как мы видим, могут влиять на своё окружение своим коллективным плаванием, – рассказывает Дабири. – Потоки распространяют соли, питательные вещества и тепло по всему океану. Раньше это распространение обуславливали ветрами и приливами, но наши результаты показали: живые организмы также могут сыграть свою роль". Данные результаты обеспечивают экспериментальную поддержку теоретической модели, выдвинутой группой Дабири ещё в 2009 году: учёные проанализировали влияние медуз на смешивание океана и предположили, что подобная модель может быть актуальна и для более мелких организмов. Исследователи рассчитывают повторить эксперимент в резервуаре, где плотность воды увеличивается с глубиной, то есть где лучше имитируются условия океана. "Если подобные явления происходят в реальном океане, это будет означать, что биомасса в океане способна перераспределять тепло, соли и питательные вещества, – говорит Дабири. – Маленькие организмы составляют основную часть океанической биомассы: ракообразные в их естественном обитании могут оказывать глобальное воздействие на окружающую среду". Научная статья была опубликована в издании Physics of Fluids.

Морские обезьянки (sea monkeys), крошечные ракообразные из рода артемий давно привлекали внимание аквариумистов и морских биологов из-за их легко наблюдаемого жизненного цикла. В продаже можно найти даже специальные наборы по выращиванию этих животных, так как их яйца жизнеспособны в течение многих лет. Однако теперь они заинтересовали и физиков.

Как и другие виды зоопланктона, артемии постоянно мигрируют в вертикальном направлении, отзываясь на условия освещённости в морской воде: они приближаются к поверхности океанов ночью и опускаются ниже в течение дня.

Два исследователя из Калифорнийского технологического института экспериментально показали, что такое поведение создаёт водные потоки гораздо большей силы, чем в случае, скажем, отдельных организмов. Их результаты позволяют предположить, что коллективное движение мелких морских организмов может повлиять на глобальную циркуляцию океана почти так же, как ветер или приливы.

Существа вида Artemia salina живут по принципу фототаксиса, то есть двигаются в направлении источника света. Исследователи Моника Вильгельмус (Monica Wilhelmus) и Джон Дабири (John Dabiri) использовали лазеры для того, чтобы направлять движения роя мелких ракообразных в большом резервуаре воды и вызывать их вертикальные миграции. Голубой лазер, освещающий одну из сторон резервуара, заставлял ракообразных двигаться вверх; зелёный лазер над резервуаром заставлял держаться по центру.

Для визуализации полученных потоков учёные поместили в воду микроскопические стеклянные шарики с серебряным покрытием и засняли перемены в их распределении с помощью высокоскоростных камер.

В ходе предыдущих исследований было выяснено, что когда один микроскопический организм передвигается по воде, он создаёт крошечные нарушения. Отдельные потоки, разумеется, не достаточно сильны, чтобы повлиять на течения целого океана. Однако когда два или более организма плавают в непосредственной близости друг от друга (как в ходе этого эксперимента), их взаимодействие порождает вихри и приводит к созданию мощных циркуляций жидкости. Это может изменить и циркуляцию воды в более широком масштабе.

"Наше исследование показывает замечательную и ранее не изученную двустороннюю связь между биологией и физикой океана: организмы в океане, как мы видим, могут влиять на своё окружение своим коллективным плаванием, – рассказывает Дабири. – Потоки распространяют соли, питательные вещества и тепло по всему океану. Раньше это распространение обуславливали ветрами и приливами, но наши результаты показали: живые организмы также могут сыграть свою роль".

Данные результаты обеспечивают экспериментальную поддержку теоретической модели, выдвинутой группой Дабири ещё в 2009 году: учёные проанализировали влияние медуз на смешивание океана и предположили, что подобная модель может быть актуальна и для более мелких организмов.

Исследователи рассчитывают повторить эксперимент в резервуаре, где плотность воды увеличивается с глубиной, то есть где лучше имитируются условия океана.

"Если подобные явления происходят в реальном океане, это будет означать, что биомасса в океане способна перераспределять тепло, соли и питательные вещества, – говорит Дабири. – Маленькие организмы составляют основную часть океанической биомассы: ракообразные в их естественном обитании могут оказывать глобальное воздействие на окружающую среду".

Научная статья была опубликована в издании Physics of Fluids.