In de wereldzeeën, miljarden kleine zeeslakken (een vorm van plankton) pendelen dagelijks tussen oppervlaktewateren, waar ze 's nachts eten, tot een diepte van enkele honderden meters gedurende de dag om uit te rusten en roofdieren te vermijden. Zeeslakken spelen een belangrijke rol in geochemische cycli en klimaat:12-13% van de wereldwijde carbonaatflux vindt plaats wanneer de calciumcarbonaatschillen van dode slakken naar de diepte zinken, waar ze oplossen en bijdragen aan atmosferische koolstof en oceaanverzuring. Maar omdat ze moeilijk te bestuderen zijn en niet in het laboratorium kunnen worden bewaard, het gedrag van deze dieren - die poëtische namen dragen zoals zeevlinders - is slecht bekend, vooral voor de subtropische en tropische regio's waar hun diversiteit het grootst is.

Hier, een team van oceanografen en ingenieurs die gespecialiseerd zijn in onderzoek op het snijvlak van vloeistoffysica en biologie, film de bewegingen van tropische zeeslakken en analyseer deze zowel vanuit vloeistoffysisch als ecologisch perspectief. Ze laten zien dat elke soort een eigen stijl van zwemmen en zinken heeft, mooi om te zien, afhankelijk van de vorm van hun schelp (opgerold, langwerpig, of rond), lichaamsgrootte, aanwezigheid van fladderende "vleugels", en snelheid. Het kleinste, langzaamste soorten hebben meer moeite met zwemmen omdat zeewater voor hen "kleveriger" en stroperiger is - in technische termen, met een lager "Reynolds-getal" - wat de hoek beïnvloedt, traject, en stabiliteit van hun beweging.

"We wilden een antwoord geven op de manier waarop het zwemgedrag van deze prachtige dieren wordt beïnvloed door hun verschillende schelpvormen en -afmetingen. We ontdekten dat soorten met een schelp in de vorm van een vliegtuigvleugel sneller zwemmen en wendbaarder zijn dan die met 'slakachtige' opgerolde Als we het zwemvermogen van deze dieren begrijpen, kunnen we hun ecologische belang en verspreiding in de oceaan beter begrijpen. als ingenieurs, we hopen te leren van de zwemstijl van deze organismen om een ​​nieuwe generatie bio-geïnspireerde onderwatervoertuigen te ontwerpen, " zegt de corresponderende auteur Dr. David Murphy, Universitair docent aan de afdeling Werktuigbouwkunde van de Universiteit van Zuid-Florida, Tampa, Florida.

Tussen 2017-2019, de onderzoekers vingen 's nachts voor Bermuda meerdere individuen van negen soorten zeeslakken (0,9-13,1 mm lang), waaronder 7 soorten thecosomatous pteropoden ("zeevlinders"), één soort gymnosomateuze pteropoden ("zee-engelen", die als volwassenen geen schelp hebben), en een soort atlantid heteropoden. Ze brachten ze naar het laboratorium, waar ze hun gedrag in een zoutwateraquarium vastlegden met snelle stereofotogrammetrie, een techniek die beweging in 3D volgt met een paar camera's. Voor elke soort is ze berekenden de absolute en genormaliseerde snelheid (ten opzichte van lichaamslengte) tijdens actief zwemmen en passief zinken, de frequentie van de vleugelbeweging, de hellingshoek tijdens het zinken, de kronkeligheid van het pad van opstijging tijdens het zwemmen, en het Reynoldsgetal.

Ze laten zien dat elke soort een duidelijk zwempatroon heeft, meestal oplopend in een zaagtandspiraal met 12-114 mm/sec, of 1-24 lichaamslengtes per seconde, wat overeenkomt met een man van gemiddelde grootte die zwemt met een snelheid tot 40 m per seconde. De slakken zinken met dezelfde snelheid, maar in een rechte lijn, onder een hoek van 4-30° ten opzichte van verticaal.

"We concluderen dat het zwem- en zinkgedrag van deze pelagische slakken sterk overeenkomt met de vorm en grootte van de schelp. Kleine slakken met opgerolde schelpen zwemmen langzamer, terwijl grotere slakken met flesvormige of vleugelvormige schelpen sneller zwemmen omdat ze door hun grotere afmetingen kunnen de effecten van de waterviscositeit te overwinnen. zwemsnelheid correleert niet met hoe ver deze dieren elke dag migreren, wat suggereert dat licht- en temperatuurniveaus en de aanwezigheid van roofdieren en prooien ook een rol spelen. We ontdekten ook dat de zeevlinder met de vleugelvormige schelp zijn schelp gebruikt om naar beneden te 'hangen' om het zinken te vertragen, ' zegt Murphy.

Om de dieptevoorkeuren van elke soort te bestuderen, Murphy et al. verder grote aantallen slakken bemonsterd met een computergestuurd net, een meervoudig openend/sluitend net en omgevingsdetectiesysteem genoemd, 0-1000 m onder het oppervlak. Ze gebruikten machine learning (op basis van afbeeldingen) en ribosomale DNA-barcodering om soorten te bepalen. Op basis van deze resultaten, de onderzoekers schatten dat deze soorten 50-300 m per dag afleggen, in een dagelijks verticaal "pendelverkeer" dat in totaal 1-3,7 uur per dag kost.

"Het is absoluut fascinerend om deze kleine, delicate dieren klappen met hun vleugels in zeer complexe bewegingen om in wezen door het water te vliegen. We hebben het geluk dat we hogesnelheidscamera's hebben die deze beweging genoeg kunnen vertragen zodat we het kunnen zien. En het is verbluffend om te bedenken dat deze zeevlinders dezelfde vloeistofdynamica-principes gebruiken om door water te vliegen die insecten gebruiken om door de lucht te vliegen, ’ besluit Murphy.