Gli scienziati dell'Università dell'Oregon hanno scoperto che colonie di animali marini gelatinosi nuotano attraverso l'oceano a forma di cavatappi gigante utilizzando la propulsione a getto coordinata, un tipo insolito di locomozione che potrebbe ispirare nuovi progetti per efficienti veicoli sottomarini.
La ricerca coinvolge le salpe, piccole creature simili a meduse che compiono un viaggio notturno dalle profondità dell'oceano alla superficie. L'osservazione della migrazione con telecamere speciali ha aiutato i ricercatori dell'UO e i loro colleghi a catturare il comportamento di nuoto aggraziato e coordinato del macroplancton.
"La più grande migrazione sul pianeta avviene ogni singola notte:la migrazione verticale di organismi planctonici dalle profondità marine alla superficie", ha affermato Kelly Sutherland, professore associato di biologia presso l'Oregon Institute of Marine Biology dell'UO, che ha guidato la ricerca. "Corrono una maratona ogni giorno utilizzando la nuova meccanica dei fluidi. Questi organismi possono essere piattaforme da cui trarre ispirazione su come costruire robot in grado di attraversare in modo efficiente le profondità marine."
I risultati dei ricercatori sono stati pubblicati il 15 maggio sulla rivista Science Advances . Lo studio ha coinvolto collaborazioni del Louisiana Universities Marine Consortium, dell'Università della Florida del Sud, della Roger Williams University, del Marine Biological Laboratory e del Providence College.
Nonostante sembrino simili alle meduse, le salpe sono macroplancton acquoso a forma di botte che sono più strettamente imparentati con i vertebrati come i pesci e gli esseri umani, ha affermato Alejandro Damian-Serrano, professore a contratto di biologia presso l'UO. Vivono lontano dalla costa e possono vivere come individui solitari o operare in colonie, ha detto. Le colonie sono costituite da centinaia di individui collegati in catene che possono essere lunghe anche diversi metri.
"I salpi sono animali davvero strani", ha detto Damian-Serrano. "Mentre il loro antenato comune con noi probabilmente sembrava un piccolo pesce disossato, il loro lignaggio ha perso molte di quelle caratteristiche e ne ha ingrandite altre. Gli individui solitari si comportano come questa nave madre che alleva asessualmente una catena di cloni individuali, uniti insieme per produrre una colonia. "
Ma la cosa più singolare di queste creature oceaniche è stata scoperta durante le spedizioni oceaniche dei ricercatori:le loro tecniche di nuoto.
Esplorando la costa di Kailua-Kona, Hawaii, Sutherland e il suo team hanno sviluppato sistemi di telecamere 3D specializzati per portare il loro laboratorio sott'acqua. Hanno condotto immersioni subacquee diurne, "immersi nel blu infinito", come ha descritto Damian-Serrano, per indagini ad alta visibilità.
Hanno anche eseguito immersioni notturne, quando lo sfondo nero consentiva immagini ad alto contrasto delle creature trasparenti. Hanno incontrato un'immensa raffica di diverse salpe che stavano effettuando la loro migrazione notturna verso la superficie e molti squali, calamari e crostacei che facevano fotobomb, ha notato Sutherland.
Attraverso immagini e registrazioni, i ricercatori hanno notato due modalità di nuoto. Laddove le colonie più corte ruotavano attorno a un asse, come un pallone da calcio a spirale, le catene più lunghe si piegavano e si avvolgevano come un cavatappi. Si chiama nuoto elicoidale.
Il nuoto elicoidale non è una novità in biologia, ha detto Sutherland. Molti microrganismi ruotano e ruotano anche attraverso l'acqua, ma i meccanismi dietro il movimento delle salpe sono diversi. I microbi battono l'acqua con proiezioni simili a capelli o fruste di coda, ma le salpe nuotano tramite la propulsione a getto, ha detto Sutherland. Hanno fasce muscolari che si contraggono, come quelle della gola umana, che pompano l'acqua, aspirata da un lato del corpo e spruzzata fuori dall'altra estremità per creare spinta, ha detto Damian-Serrano.
I ricercatori hanno anche notato che i singoli getti si contraevano in tempi diversi, facendo sì che l’intera colonia viaggiasse costantemente senza pause. Anche i getti erano angolati, contribuendo alla rotazione e al nuoto a spirale, ha detto Sutherland.
"La mia reazione iniziale è stata davvero di meraviglia e stupore", ha detto. "Descriverei il loro movimento come quello di un serpente e aggraziato. Hanno più unità che pulsano in momenti diversi, creando un'intera catena che si muove in modo molto fluido. È un modo davvero bellissimo di muoversi."
I microrobot ispirati ai nuotatori microbici esistono già, ha detto Sutherland, ma questa scoperta apre la strada agli ingegneri per costruire veicoli sottomarini più grandi. Potrebbe essere possibile creare robot silenziosi e meno turbolenti se modellati su questi efficienti nuotatori, ha detto Damian-Serrano. Un progetto multijet può anche essere energeticamente vantaggioso per risparmiare carburante, ha affermato.
Al di là dei microbi, anche gli organismi più grandi come il plancton devono ancora essere descritti in questo modo, ha detto Sutherland. Grazie ai metodi nuovi e innovativi di Sutherland per studiare le creature marine, gli scienziati potrebbero arrivare a rendersi conto che il nuoto elicoidale è più pervasivo di quanto si pensasse in precedenza.
"È uno studio che apre più domande che risposte", ha detto Sutherland. "C'è questo nuovo modo di nuotare che non era mai stato descritto prima, e quando abbiamo iniziato lo studio abbiamo cercato di spiegare come funziona. Ma abbiamo scoperto che ci sono molte più domande aperte, ad esempio quali sono i vantaggi di nuotare in questo modo ? Quanti organismi diversi girano o fanno cavatappi?"
Ulteriori informazioni: Kelly R. Sutherland et al, Spinning e cavatappi del macroplancton oceanico rivelati attraverso l'imaging in situ, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adm9511
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dall'Università dell'Oregon
