亚热带海天使的游泳运动学与流体力学

《Integrative and Comparative Biology》：Swimming Kinematics and Hydrodynamics of a Subtropical Sea Angel

　　

摘要

海天使（裸壳翼足类）是生活在中层和表层的小型浮游动物性无壳海洋蜗牛。它们在中间雷诺数区间内游动，利用高度柔韧的翼状附肢来捕食猎物、躲避捕食者并进行昼夜垂直迁移。然而，裸壳翼足类游泳的运动学和流体力学尚未得到充分理解，特别是对于居住在低粘度亚热带水域的物种而言。在此，我们使用高速立体摄影测量和双亮场粒子图像测速（PIV）系统来研究稀有亚热带物种大西洋气皮海天使（Pneumoderma atlantica）的游泳行为，该物种是在百慕大海岸附近捕获的。特别是，我们量化了悬停和缓慢向上游泳时的翅膀运动学，并将我们的结果与形态相似的温带和极地物种进行比较，后者的体型可能大至两倍，且游动的水粘度可能高达两倍。就像在相似区间飞行的微小昆虫一样，弦向雷诺数似乎与翅膀攻角和划动平面成反比。因此，小型暖水裸壳翼足类和大体型极地裸壳翼足类似乎更像使用桨一样使用它们的翅膀来产生向上的力，而温带物种似乎更像使用翅膀一样使用其足状附肢来产生升力。此外，我们提供了首次游泳裸壳翼足类的流场测量数据，这些数据是在稍高的游泳速度下获得的，表明裸壳翼足类在每个划动周期内两次运用翅膀与身体之间的非稳态流相互作用（类似于拍击 - 甩开机制），这可能会产生额外的升力。这些发现提供了关于相似运动模式如何适应不同粘度的见解，以及海洋蜗牛中广泛使用的产生升力的、类似拍击 - 甩开机制的见解。