大西洋蛏子的双锚蠕动潜水

大西洋蛏子的双锚蠕动潜水

大西洋蛏子的瓣膜通过收缩使周围的土壤局部流化,从而减少阻力和到达洞穴深度所需的能量。

介绍 当潮水退去时,沿着北美大西洋海岸的海滩行走,您可能会遇到一些看起来有点像从湿沙中伸出的树枝的东西。 但移开视线,它可能就会消失。 大西洋蛏子在从纽芬兰到南卡罗来纳州的海湾和河口中繁衍生息。 它们是滤食动物,从水中过滤浮游生物和其他有机物来吃,它们会在沙子下快速挖洞以逃避捕食者。

博物学家兼生物学教授吉尔曼·A·德鲁(Gilman A. Drew)写道:“它们很容易感到惊慌,甚至附近海底泥浆的轻微震动都会成为它们立即消失的信号。” 他是最早研究大西洋剃刀的科学家之一,在 1900 年代初记录了它的行为和解剖结构。 蛤蜊有两半的壳,可以像书一样打开。 它们还有一只蠕动的足部,从甲壳的下端伸出,足部轻弹以推动自己前进,并扭曲以帮助将自己埋在泥里。

这幅古老的插图揭示了蛏子在不同位置的解剖结构,早在该解剖结构的全部功能被理解之前。

战略 德鲁写道:“在挖洞过程中,脚突出时会陷入泥土中,然后末端膨胀成一个旋钮,突然缩回时,贝壳会被拉到脚锚定端的位置。” 乍一看,似乎足部完全负责其浸水能力。 但整个画面,就像它钻入的泥土一样,德鲁不太清楚,他不知道贝壳的重要性。

正如德鲁不清楚的那样,视频中也不清楚蛏子壳的两个瓣膜如何也是其挖掘能力不可或缺的一部分。

整个运动是一种双锚蠕动,麻省理工学院的科学家对此进行了详细研究。 他们发现蛤蜊首先向下伸出脚部,然后向上推动阀门。 然后瓣膜都利用内部肌肉向内收缩,使其身体变窄。 贝壳瓣膜的收缩将血液推入足部。 当血液充满足部时,它会像气球一样膨胀,充当泥浆中的锚。 一旦脚有了坚实的“立足点”,它就会收缩并将扁平的外壳拉向锚点,更深地进入沙子。 此时,锚点反转。 瓣膜扩张,使外壳变宽,从而将其楔入沙子中。 现在,在上面的外壳的支撑下,脚可以自由放松,并再次向下伸展以重新开始循环。 每循环一次,它就会在沙子表面下方移动得更远。

这一系列带注释的照片展示了蛏子有效挖洞的一系列动作。

令人惊讶的是,研究人员确定,根据湿沙床的阻力,蛤的肌肉收缩产生的力只能足以使其挖到 1 或 2 厘米(0.4 至 0.8 英寸)的深度。 。 但实际上,他们会挖掘到地表以下 70 厘米(2.3 英尺)的地方。 为了到达这样的深度,这些蛤蜊的壳上必须有另一种伎俩。

土壤的机械特性取决于固体颗粒之间存在多少空间(被水或空气占据)。 一定体积土壤中的空隙部分称为空隙率。 秘密武器是蛤的双锚定动作在循环过程中增加了泥浆混合物的空隙率。

它通过两种方式实现这一点。 当它的两个阀门向内收缩时,相邻的沙子就失去了支撑,并且像小型泥石流一样塌陷。 然后,类似于通过吸管饮用将水从玻璃杯吸进嘴里一样,阀门收缩的力量将周围的水吸进由其外壳周围的“泥石流”形成的松散的口袋中。 泥石流和注入的水一起形成所谓的“流化床”,类似于蛤周围的流沙气泡。 在整个运动周期中,流化床气泡的范围不断扩大,降低了阻力并畅通了向下的路径。

在这一系列图像中,蓝色和绿色色调表示水的流入以及穴居蛏子周围泥浆的流化。

潜力 在研究蛤的运动两年后,同一组研究人员开发了 RoboClam,这是一种模仿蛤实际流化技术的穴居机器人。 发明能够有效地挖掘海底隧道的工具可以让我们更深入地了解地球的起源。 随着金属变得越来越稀缺,寻找生态友好的深海采矿方法也可能变得至关重要。

蛏子的挖洞方式甚至可能为改进现有工艺指明道路,例如以更少的水和降低污染地下水的可能性的方式提取天然气。

挖蛏子还可以激发我们的交通方式发生更普遍的改变。 汽车、火箭或其他车辆可以吸收并重新分配周围的介质,以更有效地穿过它。 这是推进器的潜在生物学模型,例如 NASA 科学家正在研究的马赫效应重力辅助 (MEGA) 驱动器。

最后更新时间:26年2023月XNUMX日

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