基于流体动力学的鳐鱼头叶负升力机制研究——底栖觅食时维持基质接触的关键机制

来自国际团队的研究人员针对鳐科鱼类(Myliobatids)底栖觅食时如何维持基质接触的流体力学问题，通过CT扫描构建3D模型进行水洞实验，发现牛鼻鲼(Rhinoptera bonasus)和斑点鹰鲼(Aetobatus narinari)的头叶(cephalic lobes)能产生负升力，其Venturi效应可抵消胸鳍摆动引起的扰动，为理解海洋生物流体适应机制提供新见解。

　　

在海洋生物流体力学领域，牛鼻鲼(Rhinoptera bonasus)和斑点鹰鲼(Aetobatus narinari)这两种底栖性鳐科鱼类(benthopelagic myliobatids)展现出令人惊叹的适应性特征。研究人员通过CT扫描重建头部三维模型，在水洞实验中观察到：当牛鼻鲼的可伸缩头叶(cephalic lobes)伸展接触基质时，会产生显著的负升力效应。这种流体动力学现象源于头叶内外侧压力差形成的Venturi效应，能将水流向下偏转。

有趣的是，斑点鹰鲼的三角形融合头叶(rostrum)在向下倾斜接触基质时，同样表现出负升力特性。这种精妙的生物力学设计具有双重功能：既能帮助感知埋藏在基质中的猎物，又能抵消胸鳍(pectoral fins)推进摆动时产生的俯仰力矩。当鱼类在开放水域游动时，牛鼻鲼的收缩头叶和斑点鹰鲼上翘的头叶形状又能产生正升力，完美平衡其负浮力。

这项研究揭示了海洋生物通过形态特化实现多功能流体控制的精妙策略，为仿生流体力学装置设计提供了新的灵感来源。头叶结构的双模态升力调节机制，展现了生物在进化过程中对流体环境的高度适应。