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为了建造更高效的泵送系统，工程师们可能会从一种微小的滤食性海洋生物身上获得灵感，这种生物被包裹在一种被称为“粘液屋”或“鼻涕宫”的凝胶状结构中。
俄勒冈新大学的研究表明，在舒适的房间里，动物尾巴的波浪式运动推动液体和食物颗粒不断向前，更靠近嘴巴。这种生物泵的独特设计可以为废水处理等应用的新型人造泵提供灵感。
这项研究发表在11月15日的《皇家学会界面杂志》上。
俄勒冈大学俄勒冈海洋生物研究所的生物学家Kelly Sutherland说:“泵在自然界中无处不在，但这种泵的独特之处在于，它通过在密封腔内拍打尾巴来驱动流体通过过滤器。”“另外，观察这些动物是如此迷人。”
这项研究观察了一种叫做Oikopleura dioica的物种，它属于一种叫做幼虫的小型滤食性动物。这些小生物大约一毫米长，即使成年了，看起来也像小蝌蚪。它们扭动的尾巴推动它们在海洋中游动，也帮助它们过滤食物，在粘液网状过滤器上收集小食物颗粒。
总的来说，它们对海洋生态系统产生了巨大的影响;它们强大的泵送机制以极高的速度去除颗粒，甚至从水中抽出微塑料。
当吃东西的时候，幼鱼会分泌一层环绕身体的外壳，用尾巴给它充气，就像给泳池玩具充气一样。这个粘液屋有过滤器，可以捕获食物颗粒并将它们引导到嘴里。
然后，当完成后，动物放弃粘液屋，通过逃生口滑出，让粘液残留物慢慢下沉。幼虫每天会制造并排出许多粘液。
“这太酷了。这是一个相当复杂的结构，”萨瑟兰实验室的研究助理、领导这项分析的特拉·希伯特(Terra Hiebert)说。
为了更多地了解这种特殊的幼虫是如何进食的，萨瑟兰和她的同事们前往挪威卑尔根的一个专门研究机构，那里饲养着这种生物。他们使用显微镜和高速摄像机来追踪不同条件下幼虫周围的液体和小颗粒的流动。
视频显示，在尾巴周围添加的粘液室改变了水和颗粒的流动方式，创造了一个独特的泵送系统。
在它自由游泳的状态下，摆动尾巴和左右弯曲身体推动动物在水中前进。但当粘液屋包裹
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住尾巴时，动力就改变了。这种动物在海洋中保持相对静止，而水和颗粒则与尾巴平行移动，通过黏液网状过滤器推进，进入动物的嘴里。
研究人员发现，这种差异是由尾巴紧贴黏液屋的方式造成的，它在几个地方接触到黏液屋的侧面。当尾巴前后摆动时，它会像魔术贴一样在特定的附着点上密封和打开粘液盒。
密封产生压力，推动流体不断向前并防止回流。当颗粒聚集在过滤器上时，下一波液体将它们向前推进，并将它们送入动物的口中。
希伯特说:“它们使用这种相对 独特的泵送策略，有一个正弦尾巴和一个舒适的腔体。”希伯特用一个术语来形容波状尾巴。“由于配合舒适，水的回流很少。”
幼虫的过滤系统是蠕动泵的一个例子，蠕动泵是一种经常用于水处理厂和其他工业环境的系统。在大多数蠕动泵中，液体的向前运动来自外部挤压，如在结肠中，肠道有节奏的收缩推动废物通过系统。但在这些微小的滤食性动物中，推进力来自泵内某些东西的运动，在这种情况下，是尾巴。
研究人员表示，这可能是一种更有效的设计，可以保护泵的运动部件，降低它们磨损的风险。
萨瑟兰说:“这种对幼虫泵的新认识有助于我们理解一种广泛存在的有机体的生态成功，甚至可能启发下一代建筑环境中的水或空气过滤器。”
更多信息:Terra C. Hiebert等人，The appendularian tail的流体动力学和运动学支撑蠕动泵，Journal of The Royal Society Interface(2023)。DOI: 10.1098 / rsif.2023.0404
俄勒冈大学提供
引用本文:拥有“鼻涕宫”的海洋动物如何激发更好的泵(2024年1月8日)，2024年1月8日从httpsokphys.org/news/2024-01-sea-animal-snot-palace.html检索
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