Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Kleine waterwandelende insecten geven wetenschappers inzicht in hoe microplastics onder water worden geduwd

Regendruppels vormen twee kraters, waarvan de tweede stappers kan onder water zetten. Credit:Proceedings van de National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121

Microplastics zijn kleine plasticdeeltjes die voor grote problemen kunnen zorgen als ze in de watervoorziening terechtkomen. Eén manier waarop mijn laboratorium voor vloeistofdynamica de beweging van microplastics onderzoekt, is door te bestuderen hoe kleine, in het water lopende insecten door regendruppels onder water worden geduwd.



Blootstelling aan microplasticvervuiling kan gezondheidsrisico's met zich meebrengen, zoals ademhalings- en spijsverteringsproblemen, een verhoogd risico op diabetes en een verstoorde slaap. Maar natuurkundigen zoals ik kunnen bestuderen hoe ze door water bewegen om te leren hoe ze ze kunnen opruimen.

Waterstriders zijn kleine insecten die over water kunnen lopen. Ze zijn overvloedig aanwezig in vochtige, regenachtige gebieden, en sommige soorten brengen hun hele leven door zonder ooit land aan te raken. Regendruppels kunnen meer dan 40 keer een waterstrider wegen, en tijdens stormen treffen ze af en toe de striders rechtstreeks. De druppels vormen een kleine krater onder het wateroppervlak die de stapper omhult voordat deze overboord wordt gegooid als de krater weer naar de oppervlakte zakt.

De waterstriders hebben sterke exoskeletten waarmee ze kunnen overleven als ze door een regendruppel worden getroffen. Omdat deze insecten waterafstotend en zeer licht van gewicht zijn, stuiteren ze meestal meteen terug. Maar soms vormen de regendruppels een tweede, kleinere krater vlak onder het oppervlak. De tweede krater ontstaat meestal uit een grote, snelle val.

Als de waterstrider in deze tweede krater terechtkomt, kan hij onder water bekneld raken.

Impactreeks van waterstriders getroffen door een val. 107× vertraagd. Credit:Proceedings van de National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121

In de nieuwste studie van mijn laboratorium, gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences , hebben we waterstriders uit lokale vijvers gevangen en vallende druppels boven hun tanks losgelaten. We gebruikten snelle videografie en beeldanalyse om te zien hoe snel de insecten onder water kwamen toen de regendruppels ze raakten.

Mijn collega's en ik hebben ook de versnelling van de tweede, kleinere krater gemeten. Deze krater trekt zich snel terug – volgens onze metingen 50 maal de versnelling als gevolg van de zwaartekracht. Waterstriders kunnen zichzelf niet in deze tweede bel ondersteunen, omdat het oppervlak waarop ze zich bevinden zo snel omhoog beweegt en ze onder water kunnen vallen en onder water komen te staan. Als dat gebeurt, maken de waterstriders krachtige zwemslagen in een poging weer boven te komen.

Net als waterstriders zijn microplastics heel licht en vaak waterafstotend. Ze hebben de neiging om op een vergelijkbare manier over het water te bewegen, en regendruppels kunnen ze onder water zetten. Als verontreinigende stoffen onder water komen te staan, zijn ze moeilijker op te ruimen en kunnen zeedieren ze opeten.

Uit ons onderzoek blijkt dat de snelle versnelling van de tweede krater naar het wateroppervlak een grote rol speelt bij het zinken van kleine deeltjes, zowel waterstrikers als microplastics.

Door te bestuderen hoe kleine deeltjes en organismen zich in het water verspreiden, kunnen wetenschappers erachter komen hoe ze microplasticvervuiling kunnen voorkomen en bemiddelen.

Striders kunnen vaak terug naar de oppervlakte schoppen als ze onder water komen, in tegenstelling tot plastic deeltjes. Credit:Proceedings van de National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121

Waterstriders zijn zo waterafstotend dat ze een bel om zich heen dragen, een plastron genaamd, wanneer ze onder water worden geduwd.

In het laboratorium geldt dat hoe vaker ze door druppels worden getroffen voordat ze het water afstoten, hoe groter de kans is dat watersprinters langere tijd onder water blijven.

De inslagen van regendruppels lijken het plastron uit te putten. We weten nog niet hoeveel herhaalde schokken striders kunnen verdragen en hoe chemische verontreinigende stoffen in waterwegen hun weerstand tegen onderdompeling beïnvloeden.

Toekomstig werk zal de waterstriders in onze experimenten vervangen door drijvende deeltjes die microplastics nabootsen, met een bereik van grootte, dichtheid en waterafstotendheid. We verwachten dat grotere deeltjes ervoor zorgen dat de druppels uiteenvallen bij contact, terwijl de kleinere deeltjes waarschijnlijk door de plons in de lucht terechtkomen of in aerosolvorm terechtkomen.

En de striders zijn niet alleen goede modellen voor microplastische bewegingen. Het bestuderen van de benen van watersprinters terwijl ze zwemmen, kan onderzoekers ook helpen bij het ontwerpen van onderwaterrobots.

Meer informatie: Daren A. Watson et al., Waterstriders zijn ongevoelig voor botsingskrachten van regendruppels en worden ondergedompeld door instortende kraters, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2315667121

Journaalinformatie: Proceedings van de Nationale Academie van Wetenschappen

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Okinawaanse pitadder-genoom onthult evolutie van slangengif
  2. Geboortebeperking voor parasieten:onderzoekers onthullen nieuw vaccindoelwit voor malaria
  3. De Middellandse Zee:onvergelijkbare rijkdom in scherpe daling
  4. Kenmerken van nucleïnezuren
  5. Genomisch onderzoek onthult aanwijzingen voor het wilde verleden van druiven
  6. Wat zijn 3 functies van de navelstreng?
  7. Gemengde bodembedekkers leggen koolstof vast in de bodem en kunnen de klimaatverandering helpen verminderen
  8. Conserveringsonderzoek gebruikt kleine loopbanden om het uithoudingsvermogen van de zeeschildpadden te testen
  9. 10 planten verloren in de geschiedenis

Wetenschap