Ученые из США разобрались в гидродинамике прыжков рыбки-лучника. В погоне за добычей эта небольшая рыбка способна подниматься над водой на высоту, превышающую длину ее тела вдвое, причем легко делает это без разгона и в ограниченном пространстве. Исследование опубликовано в Journal of Experimental Biology, также о нем сообщает новостной портал Массачусетского технологического института.

Среди различных стратегий охоты хищники используют в том числе молниеносный рывок в направлении к добыче. Перед теми, кто практикует этот подход встает проблема окупаемости усилий — затраченная на погоню энергия не должна превышать полученной выгоды. Это не всегда удается. Например гепард, в совершенстве овладевший такой стратегией, нередко настолько выматывается во время броска, что уже не в силах защитить добычу от других хищников, а несколько неудач подряд вполне грозят ему голодной смертью.

Приверженцы этой стратегии встречаются и среди рыб. Например, представители семейства африканских тетр способны выпрыгивать из воды на высоту до одного метра, чтобы сбить в воду семена нависающих над водой растений. Подобные прыжки требуют особой точности и подготовки. Некоторые виды комбинируют этот способ охоты с другими, что расширяет их «экологическую нишу» и дает преимущество по сравнению с конкурентами. Примером таких животных могут быть живущие в мангровых болотах и устьях рек небольшие рыбки-лучники (archer fish — Toxotes microlepis), которые питаются насекомыми и мелкими животными, обитающими на поверхности.

Один из способов добыть пропитание для рыб — сбить добычу мощной струей воды и затем либо схватить ее после падения, либо поймать в полете. Проблема в том, что упавшая жертва немедленно становится всеобщим достоянием и может достаться не охотнику, а любому опередившему его хищнику. Поэтому более выигрышной стратегией оказывается просто ловить насекомых в прыжке. Несмотря на то, что сделать это сложнее, а подобная активность может привлечь излишнее внимание и выйти боком самому охотнику, риски покрываются тем, что добыча не достанется конкуренту.

На изучении тонкой гидродинамики процесса выпрыгивания из воды и сосредоточились ученые на этот раз. Для исследования применялась высокоскоростная съемка и цифровая трассерная визуализация (PIV — Particle Image Velocimetry), позволяющая бесконтактно измерить скорость в потоке — в воду добавляли небольшие частицы, которые освещали лазером и фотографировали. Анализ полученных снимков позволяет оценить смещение частиц, произошедшее в интервале между вспышками и, в конечном счете, оценить скорость течения жидкости.

Для исследования ученые приобрели в местном аквариумном магазине десять рыб и долго вырабатывали у них именно прыжковое поведение. Для этого вместо того, чтобы как обычно сыпать корм сверху, его подвешивали над поверхностью воды. Если рыбка начинала жульничать и вместо прыжка пыталась сбить корм струей, его убирали. По окончании обучения ученые перешли непосредственно к эксперименту, для проведения которого над поверхностью воды на высоте 0,25-2,5 размеров тела рыб подвесили высушенных креветок.

Оказалось, что процесс выпрыгивания можно разделить на три стадии — замирание, рывок и полет. На первом этапе рыбка кружит у поверхности воды или, наблюдая за жертвой, зависает на месте, для чего использует грудные плавники и хвостовой. При подготовке к прыжку она особым образом приподнимает грудные и брюшные плавники и одновременно бьет хвостом, рассчитывая усилие, после чего совершает рывок. Более тщательный анализ выявил связь между ударами хвостового плавника и высотой расположения наживки — чем выше она была, тем больше рыба совершала движений.

Особенно любопытным оказалось то, что начальный импульс рыбки практически равен нулю — она не набирает скорость заранее, разгоняясь в направлении к поверхности, а мгновенно стартует с места. В дальнейших исследованиях авторы планируют провести съемку большим количеством камер, что позволит построить трехмерную картину, и лучше понять механизм выпрыгивания. Ученые надеются, что понимание заложенных в основе процесса природных механизмов позволит в будущем применить схожие принципы при создании подводных аппаратов.

Зачастую прогресс в области технологических новшеств движется именно по этой траектории — нет смысла изобретать велосипед, когда можно подсмотреть идеальное его устройство и постараться воспроизвести. Например, так была разработана металлическая «нанорыба», которая плавает под действием внешнего магнитного поля и сделанный по образу и подобию человеческих мышц мягкий провод.

https://nplus1.ru/news/2017/04/21/Archerfish