Research press release

動物学:吸引力を利用したヤツメウナギとクラゲの遊泳

Nature Communications

Zoology: Suction-based swimming in fish and jellyfish

最も効率的に遊泳する海洋動物の一部は吸引力を使って水中を進むという報告が掲載される。クラゲとヤツメウナギは、海水を後方に押し出すことで推力を発生させるのではなく、主として体の周囲の流体に低圧域を発生させて水中を前進していることが観察されたのだ。

動物の(陸上、空中、水中での)移動運動の全てに当てはまる中心原理の1つは、体の周囲の接触面を押し返すことで前方推進力を発生させるということだ。遊泳動物の場合には、体を動かして水中に高圧域を作り出し、それを体で押し返して前方推進力を生み出している。

今回、John Dabiriたちは、水中のトンネル内を移動する2匹の自由に遊泳するヤツメウナギ(と遊泳効率を低下させた別の2匹のヤツメウナギ)と1匹のクラゲの動きを調べた。水中には微小な(10ミクロン大の)ガラスビーズが散布され、体の周囲の流体の動きを正確にたどれるようになっていた。Dabiriたちは、流体圧の異なる領域が前進運動と後退運動にそれぞれどのような寄与をするのかを計算し、動物の体を直接取り囲む流体における力の平衡が低圧域によって支配されていることを発見した。

こうした低圧域は、動物の体の協調したくねりによって生じる。くねりによって渦が生じ、それが動物の体の長さ方向に伝播し、それが前方への吸引力を生み出し、水中で体を効果的に前進させているのだ。クラゲとヤツメウナギは、遊泳時のエネルギーコストが最も低い部類の動物であり、両者に共通した効率的な遊泳のための策を利用すれば未来の水中機の設計に役立つ可能性がある。

Some of the ocean's most efficient swimming animals use suction to propel themselves through the water, finds a study in Nature Communications. Rather than generating thrust by propelling water backwards, jellyfish and lampreys are observed primarily pulling themselves through the water by generating low pressure regions in the fluid surrounding their bodies.

A central principle of all animal locomotion - on land, in the air, or in water - is that forward propulsion is generated by pushing back on the surrounding contact surface. In swimming animals, this propulsive thrust is generated by movements that create high pressure regions in the fluid against which the body can push.

John Dabiri and colleagues study the movements of two freely-swimming lampreys (and two whose swimming efficiency was reduced), and a single jellyfish as they move through tunnels where the water has been 'seeded' with small (ten microns in size) glass beads to allow the motion of the surrounding fluid to be accurately traced. Calculating the relative contributions of different regions of fluid pressure to forward and backwards motions, they find that low pressure regions dominate the balance of forces in the fluid immediately surrounding the animals' body.

These low pressure regions are generated by coordinated undulations of the body which create vortices that propagate down the length of the animals' body, generating forward pull and effectively sucking them through the water. Jellyfish and lampreys have some of the lowest energetic swimming costs of any animal, and it is hoped that their shared solution for efficient swimming could be used to help design future underwater vehicles.

doi: 10.1038/ncomms9790

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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