龟类和企鹅的游泳最佳姿势可以减少阻力

在海面附近航行会产生过大的压力
a small blue-colored penguin called a little penguin swims in the ocean
小企鹅(Eudyptula minor)在靠近海面的最高波浪阻力区下方游动。许多呼吸空气的海洋哺乳动物在迁徙而不是觅食时,都会优化其游泳深度,仅比海面稍深,以避免产生波浪。菲利普岛自然公园

海洋哺乳动物、鸟类和爬行动物出行需要消耗大量能量。一些座头鲸(Megaptera novaeangliae)种群每年要迁徙5000英里。麦哲伦企鹅(Spheniscus magellanicus沿阿根廷和智利海岸迁徙以寻找食物。为了节省宝贵的能量,迁徙动物已经适应在迁徙且不觅食时以相似的相对深度游泳,无论它们的体型大小如何。这项“最佳深度”在12月16日发表在《美国国家科学院院刊》PNAS)上的一项研究中得到了描述。

一些半水生动物——包括水貂——通常在水面或水面附近游泳。在这个深度,波浪的产生是能量浪费的主要来源。然而,对于长距离迁徙的海洋哺乳动物、鸟类和海龟来说,最小化在水中移动的能量消耗对于长途旅行尤为重要。

一旦移动物体移动到比其直径大三倍的深度,就可以减少波浪产生带来的额外阻力。由于在野外追踪动物的难度,将这些阻力减小的深度与野生动物实际的迁徙深度进行比较一直很困难。

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在这项新研究中,来自五个国家六个学术机构的研究团队比较了几种海龟的游泳深度,并与一些鲸鱼的数据进行了交叉参照。小企鹅(Eudyptula minor)和红海龟Caretta caretta)的游泳深度距离海面仅有1.5厘米,或约半英寸。还使用了安装在一些动物身上的摄像头的运动数据和视频录像,并将其与绿海龟长距离迁徙的卫星跟踪数据以及其他鲸鱼和企鹅的研究数据进行了比较。

他们发现,在现有数据中,一些企鹅、海龟和鲸鱼的游泳深度距离海面约为其体型直径的三倍,处于一种能减少阻力的“最佳深度”。这些动物在游向觅食地时,或者在长距离迁徙且不觅食时,都以这个深度游泳。这个最佳深度可以最大限度地减少海面的波浪形成和动物的垂直移动距离。

a green turtle swimming in the ocean vertically on its way to the surface to breathe
与许多呼吸空气的海洋巨型动物一样,绿海龟在迁徙过程中优化其游泳深度以最小化运输成本,在海面下约三倍体深处游动,以避免产生波浪,同时最大限度地提高水平位移。图片来源:R. D. and B. S. Kirkby。

“当然也有动物游泳深度受其他因素驱动的例子,比如寻找猎物,但令人兴奋的是,所有已发表的关于非觅食性呼吸空气的海洋动物的例子都遵循了预测的模式,”金伯利·斯托克斯(Kimberley Stokes)说,她是该研究的合著者,也是英国斯旺西大学的海龟生态学家/保护主义者,她在一份声明中表示。“由于从进行长距离迁徙的动物身上获取深度数据的难度很大,这一点很少被记录到,所以很高兴能找到足够的例子来展示从30厘米[11.8英寸]到约20米[65英尺]的动物在游泳深度和体型之间存在普遍的关系。”

这样,无论大小的动物都能尽其所能地保持体力,以寻找食物并最终茁壮成长。

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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