Matematika je objasnio kako su škampi plivati

Neki rakovi kao što su škampi i jastoga, plivati ​​pomoću ritmičke kretnje četiri ili pet parova pleopod ekstremiteta, slično mala vesla.

Izračuni su pokazali da je kretanje škampi i jastoga 30% učinkovitim sinkronih udaraca, a više od tri puta učinkovitiji pokreti usmjereni od glave do repa.

Svaka noga u početku s vodom silom gura natrag, a onda se okrenula kako bi se smanjio otpor i kreće se u početni položaj. Učestalost takvih pokreta može doći do deset impulsa u sekundi. U ovom ekstremiteta redom, a ne istovremeno u strogim redoslijedom. Prvi par nogu gura bliže repu, zatim odgođen za četvrtinu ciklusa sljedeći, i tako dalje. Izvana to izgleda valova koji dolaze od repa do glave.

Skupina američkih znanstvenika, koji se sastoji od četiri mathematicians, i jedan biolog, odlučio saznati zašto je prirodna selekcija rakovi izabrao takav kompliciran stil plivanja. Uz pomoć računalni model koji uzima u obzir dinamiku fluida, istraživači su usporedili tri načina veslanja: sinkroni kretanje nogu u isto vrijeme, valoviti gibanje repa do glave u suprotnom smjeru.

"Kada sam prvi put počeo razmišljati obetom metodu navigacije, činilo mi se da je kretanje glave do repa će dati veću mehaničku prednost, ali simulacije su pokazale da to nije tako"- kaže koautor Timothy Lewis (Timothy Lewis) sa Sveučilišta California u Davisu.

Izračuni su pokazali da je kretanje škampi i jastoga 30% učinkovitim sinkronih udaraca, a više od tri puta učinkovitiji pokreti usmjereni od glave do repa.

Nalaz da su rakovi izabrao najracionalniji način plivanja, znanstvenici su odlučili da pažljivo ispitati neuronske sklopove koji kontroliraju taj proces.

"svaki "veslo" kontrolira parom živčanih stanica, što pak inhibiraju međusobno - objašnjava Biolog Brian Myulloni (Brian Mulloney). - kontrola Jedan neurona gurnuti još jedan - nazad. Rezultat je ritmičan puls, poput metronoma",

S druge strane, svaki par takvih metronomi određenih asimetrično povezani s neuronima slijedi "veslo", Matematička analiza je pokazala da je ovaj asinkrone komunikacije je idealan osigurati odgodu četvrtinu ciklusa potrebno za najučinkovitije veslanje.

Dakle, uz pomoć matematičkih metoda, znanstvenici su pokazali kako je prirodna selekcija na razini neuronskih sklopova organizama stječe složen ponašanje, što omogućuje korištenje energije učinkovitije.

Više informacija o rezultatima rada mogu se naći u članku objavljenom u PNAS časopisu.