Математики смогли объяснить устройство гребного аппарата креветок

Ноги сначала интенсивным движением отталкивают воду назад, после чего подгибаются, чтобы снизить сопротивление и возвращаются в исходное положение. Такие движения выполняются с частотой до 10 толчков в секунду.

Интересно то, что конечности работают не одновременно, а в строгой последовательности. Первыми толкаются ноги той пары, которая расположена у самого хвоста, после нее с интервалом в ¼ цикла следующая и т. д. Если взглянуть на ракообразное со стороны, то его движения напоминают волны, которые идут от хвоста к голове.

Группой исследователей из США, состоящей из 4-х математиков и одного биолога было решено выяснить, почему некоторые виды членистоногих в ходе естественного отбора выбрали столь непростой стиль плавания.

Вооружившись компьютерной моделью, способной учитывать динамику потоков жидкости, ученые сравнили три вида гребли: одновременное перемещение всех ног, волнообразные движения от хвоста к голове и от головы к хвосту.

Тимоти Льюс, сотрудник Калифорнийского университета, один из соавторов работы, поделился, что когда он впервые стал анализировать исследуемый вид плавания, то ему казалось, что движения от головы к хвосту были бы успешнее, но с помощью моделирования удалось выяснить, что это далеко не так.

Расчеты показали, что креветки и лангусты для плавания избрали движения, которые на 1/3 эффективнее синхронных движений и больше чем в три раза эффективнее движений, которые направлены от головы к хвосту.

Придя к выводу, что ракообразными выбран самый рациональный способ плавания, ученые уделили внимание изучению нервных цепей, управляющих данным процессом.

Биолог Брайан Мюллони объяснил «устройство двигательного аппарата членистоногих»: каждым из «весел» управляет пара нервных клеток, поочередно подавляющих друг друга. Одним нейроном контролируется толчок, а другим – обратный ход, в результате чего получается ритмический импульс, подобный метроному.

Каждая из пар метрономов в свою очередь асимметрично подключена к нейронам соседнего «весла». Согласно результатам математического анализа, подобная асинхронная связь является идеальной для обеспечения задержки в четверть цикла, необходимой для самой эффективной гребли.

Благодаря применению математических методов ученым удалось продемонстрировать, как во время естественного отбора организмами вырабатывается сложное поведение, позволяющее максимально эффективно использовать энергию.