微型海洋生物的”鼻涕宮殿”激發了研究新型水泵技術的靈感
用粘液建造的房子聽起來可能並不令人嚮往,然而研究人員發現,一種種狡猾的動物建造的這種不討人喜歡的結構可能有助於工程師設計出更便宜、更有效率的泵,用於水過濾等重要的工業應用。
俄勒岡大學(UO)的研究人員發現,長約1 毫米的濾食性海洋幼蟲Oikopleura dioica 的獨特進食行為可以幫助工程師設計出更有效率的蠕動幫浦。
一般來說,這些正排量幫浦需要外部擠壓來推動流體通過系統。在像蝌蚪一樣的O. dioica中,推進力是由動物的尾巴驅動的,它每天都要在粘液繭內多次構造粘液繭,以便過濾飼料。
俄勒岡大學俄勒岡海洋生物研究所的生物學家凱利-薩瑟蘭(Kelly Sutherland)說:”泵在自然界中隨處可見,但這種泵是獨一無二的,它通過在密封腔內拍打尾巴來驅動流體通過過濾器。另外,觀察這些動物也非常令人著迷。”
雖然懸浮在水中的膠狀黏液泡可能不會讓人聯想到”令人著迷”,但這卻是一項巧妙的生物工程。每隔三、四個小時,這種動物就會在身體周圍製造一個”鼻涕宮”,先用尾巴給這個結構充氣,然後將含有食物顆粒的液體推向口腔。當黏液箱達到目的後,它就會從一個逃生口滑出來。
「太酷了,這是一個相當複雜的結構,」奧斯陸大學的助理研究員特拉-希伯特(Terra Hiebert)說。
研究人員是在挪威卑爾根的動物繁殖機構發現這座鼻涕宮殿的。利用顯微鏡和高速視訊捕捉,科學家們得以看到這種動物的尾巴是如何很好地引導水和顆粒流動的,揭示了它掌握了一個相當特殊的泵浦系統。
當佔優勢的尾巴伸入結構內部時,它會在不同的關鍵點與密封和解封腔室的兩側接觸。這些密封件產生壓力,控制流體運動,防止倒流。
“它們採用了這種相對獨特的泵送策略,尾部呈正弦曲線,與腔體緊密貼合,”希伯特說。”由於緊密貼合,水的逆向位移非常小。”
研究人員認為,模仿這種動作可以開發出更有效率的泵,使運動部件免受磨損。
薩瑟蘭說:”對幼蟲泵的這一新認識有助於我們了解一種廣泛存在的生物在生態學上取得的成功,甚至有可能為建築環境中的下一代水或空氣過濾器提供靈感。”
這項研究發表在《英國皇家學會界面學報》(Journal of the Royal Society Interface)上。- 想看看這種小動物的行動,請觀看下面的影片。