จาก Jetsons ถึง James Bond การบินผ่าน Jet Pack ได้กลายเป็นไอคอนของวิธีการเดินทางแห่งอนาคต แต่การขับเคลื่อนเจ็ทนั้นเก่ากว่า Flintstones จริง ๆ มันเป็นวิธีการมาตรฐานของการเคลื่อนที่สำหรับแมงกะพรุนสัตว์ที่เก่าแก่ที่สุดในการว่ายน้ำทะเลโดยใช้กล้ามเนื้อ Jellies ได้รับการเจ็ตอย่างน้อย 550 ล้านปี แต่เมื่อไม่นานมานี้นักวิทยาศาสตร์เริ่มเข้าใจว่าความท้าทายในการเคลื่อนย้ายของเหลวได้สร้างวิวัฒนาการของแมงกะพรุน




แมงกะพรุนคิดค้นการเคลื่อนไหวที่ขับเคลื่อนด้วยกล้ามเนื้อซึ่งเป็นความสำเร็จที่อนุญาตให้พวกเขากระจายไปสู่ซอกและ crannies นิเวศวิทยาจำนวนมาก แต่กล้ามเนื้อเยลลี่ค่อนข้างน้อยและวิธีการเคลื่อนไหวของเจ็ทแพ็คต้องใช้ความแข็งแรงอย่างจริงจัง ที่นำเสนอความลึกลับเกี่ยวกับวิธีการที่แมงกะพรุนบางชนิดสามารถใหญ่ได้ การศึกษาใหม่ได้เริ่มอธิบายว่าสิ่งมีชีวิตเจลาตินขนาดใหญ่รวบรวมความแข็งแกร่งในการว่ายน้ำ คำตอบอาจนำไปสู่การออกแบบใหม่สำหรับยานพาหนะใต้น้ำและกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์คิดใหม่ว่าจะควบคุมพลังงานจากกระแสลมได้อย่างไร
หากคุณเคยเห็นแมงกะพรุนที่ถูกชะล้างขึ้นบนชายหาดแล้วร่ำรวยของมันอาจไม่ใช่สิ่งแรกที่ทำให้คุณประทับใจ ร่างรูประฆังของพวกเขาส่วนใหญ่เป็นสารที่หนาของวุ้นที่ล้อมรอบด้วยเครือข่ายของเส้นประสาทและชั้นกระดาษบาง ๆ ของกระดาษ แต่บนผนังด้านในของระฆังเป็นชั้นของกล้ามเนื้อ การหดกล้ามเนื้อนี้จะกำจัดน้ำจากช่องเปิดที่ฐานของระฆังขับเคลื่อนสัตว์บนเส้นทางของมัน
“ อาจไม่มีแหล่งที่มาของการเคลื่อนไหวที่ง่ายต่อการพัฒนา - มันเป็นท่อที่มีกล้ามเนื้อรอบ ๆ ” ผู้เชี่ยวชาญด้านชีวกลศาสตร์ Steven Vogel จาก Duke University ใน Durham, NC กล่าว
ชุดเจ็ท
ในความเป็นจริงการขับเคลื่อนเจ็ทปรากฏขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีกในวิวัฒนาการของสัตว์ Vogel กล่าว ตัวอ่อนแมลงปอใช้ประโยชน์จากเจ็ททวารหนักและปลาหมึกบางตัวสามารถระเบิดได้ด้วยความเร็ว 25 ไมล์ต่อชั่วโมง แต่ในขณะที่ Jet Pack ช่วยให้สามารถหลบหนีได้อย่างรวดเร็วมันก็ไม่มีประสิทธิภาพอย่างไม่มีประสิทธิภาพปล่อยพลังงานจลน์จำนวนมากลงไปในน้ำที่ไม่สามารถกู้คืนได้ เขาชี้ไปที่นักว่ายน้ำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเช่นปลาโลมาหรือปลาทูน่าซึ่งร่อนผ่านน้ำโดยไม่มีการรบกวนมาก
และการขับเคลื่อนเจ็ทไม่ใช่กลยุทธ์ที่ดีที่สุดสำหรับสัตว์ที่ใหญ่กว่า แมงกะพรุนขนาดใหญ่จะต้องขับไล่น้ำปริมาณมากด้านหลังเพื่อก้าวไปข้างหน้า การขับไล่ดังกล่าวต้องใช้กำลังเดรัจฉาน
แมงกะพรุนไม่มีความสามารถของกล้ามเนื้อเหล่านั้น กล้ามเนื้อที่เรียงลำดับการตกแต่งภายในของพวกเขาเป็นเพียงหนึ่งชั้นเซลล์หนา การทำให้มันใหญ่กว่าจะต้องใช้เวลามากกว่าการเพาะกาย - มันจะใช้ระบบไหลเวียนโลหิตที่สามารถจัดหากล้ามเนื้อเหล่านั้นด้วยออกซิเจนและสารอาหาร
“ เมื่อคุณมีขนาดใหญ่ขึ้นคุณมีห้องเลื้อยน้อยลงและน้อยลงวิวัฒนาการ” Vogel กล่าว “ การขับเคลื่อนเจ็ทนั้นยอดเยี่ยมเมื่อคุณมีขนาดไมครอนและแย่มากเมื่อคุณมีขนาดใหญ่”
แต่แมงกะพรุนมีขนาดใหญ่-บางอย่างเช่นแมงกะพรุนยักษ์ที่มีชื่อดี (Nemopilema Nomurai) สามารถเติบโตได้เกือบ 8 ฟุตและชั่งน้ำหนัก 400 ปอนด์ แต่เมื่อ Dabiri จำลองกองกำลังที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนเจ็ทและทำคณิตศาสตร์ตัวเลขกล่าวว่าแมงกะพรุนที่ใหญ่กว่าซอฟต์บอลไม่ควรมีอยู่จริง
จากนั้น Dabiri ก็สังเกตเห็นความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแมงกะพรุนและรูปร่างของระฆัง แมงกะพรุนขนาดเล็กมักจะดูเหมือน thimbles หรือจรวดเล็ก ๆ ระฆังของพวกเขามักจะสูงกว่ากว้าง เยลลี่ขนาดใหญ่มีระฆังที่มีรูปร่างเหมือนยูเอฟโอ - กว้างกว่าพวกมันสูง ในการสอบสวนเขาสั่งให้เจลลีคริสตัลชัยชนะ Aequoreaสิ่งมีชีวิตที่มีรูปทรงปล้องเล็ก ๆ น้อย ๆ เล็กพอที่จะว่ายน้ำได้อย่างสะดวกสบายในจานเลี้ยงเชื้อ ในฐานะที่เป็นแมงกะพรุนสำรวจสภาพแวดล้อมเพื่อนร่วมงานของ Dabiri ฌอนโคลินและจอห์นคอสเตลโลพุ่งสีย้อมเรืองแสงที่ไม่เป็นอันตรายเล็กน้อยด้านหลังสัตว์เพื่อดูการเคลื่อนไหวของน้ำ เยลลี่รูปทรงปล้องขนาดเล็กที่ซิปไปรอบ ๆ สไตล์เจ็ทแพ็คและสีย้อมเผยให้เห็นพลังงานจลน์ที่หายไปหมุนวนไปมา
ในเลนช้า
จากนั้นทีมวิจัยก็ถ่ายทำเยลลี่รูปยูเอฟโอที่รู้จักกันในชื่อแมงมุมแมงกะพรุนหรือAurelia Auritaในน่านน้ำตื้นของทะเลเอเดรียติกและในทะเลสาบน้ำเค็มบนเกาะเอเดรียติกของ Mljet อีกครั้งนักวิทยาศาสตร์ใช้สีย้อมเพื่อให้เห็นภาพของสัตว์ที่ตื่น นักวิจัยสังเกตเห็นทันทีว่าเยลลี่เหล่านี้ไม่ได้ซิปไปมา แต่คดเคี้ยว แต่ใช้วิธีการครึ่งตัวแบบครึ่งตัว เช่นเดียวกับญาติที่มีรูปทรงจรวดของพวกเขาเจลลี่ที่ประจบประแจงเหล่านี้ขยับไปมาโดยการหดตัวกล้ามเนื้อน้อยบีบน้ำจากระฆังของพวกเขาไปสู่กระแสน้ำวนหมุนวนอยู่ข้างหลังพวกเขา แต่เมื่อแมงกะพรุนดวงจันทร์ผ่อนคลายโพสต์คิวและน้ำก็พุ่งเข้ามาเพื่อเติมระฆังสีย้อมเผยให้เห็นกระแสน้ำวนที่สองที่เกิดขึ้นที่ขอบของระฆัง Dabiri ตระหนักว่ากระแสน้ำวนที่สองนี้หมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามของครั้งแรกเช่นน้ำหมุนเข้าด้านในที่ขอบชามผลักลงไปในอ่างน้ำ การปะทะกันของมวลน้ำที่เป็นปฏิปักษ์ต่อการหมุนวนเหล่านี้ทำให้เกิดแรงผลักดันเพียงพอที่จะขับเคลื่อนแมงกะพรุนดวงจันทร์ไปข้างหน้า
Dabiri กระทืบตัวเลขอีกครั้งรวมมิติของระฆังและแรงของกระแสน้ำวนที่สองเข้ากับสมการของเขา โมเดลใหม่ของเขาตีพิมพ์กับ Colin และ Costello ในเดือนมิถุนายน 2550วารสารชีววิทยาทดลองแสดงให้เห็นว่าเยลลี่ที่กว้างไม่ว่าจะใหญ่แค่ไหนก็ควรจะสามารถสร้างแรงพอที่จะว่ายน้ำได้แม้ว่าจะผ่านการพายที่อ่อนโยนและช้าไม่ใช่เจ็ท และเนื่องจากความยืดหยุ่นที่เหนือกว่าของเมทริกซ์มือถือ Gooey ของเยลลี่ Critter จึงไม่ได้ใช้พลังงานพิเศษเพื่อสร้างกระแสน้ำวนที่สอง มันเหมือนฤดูใบไม้ผลิที่ถูกบีบอัดและต้องการหดตัว Dabiri กล่าว “ ขั้นตอนการผ่อนคลายเป็นหลักฟรี”
Dabiri รู้สึกประทับใจกับการวางเท้าแฟนซีของเยลลี่ที่กว้างเหล่านี้และวิธีที่พวกเขาจัดการด้วยมือ (หรือหนวด) ที่พวกเขาได้รับการจัดการ
“ เราคิดว่าพวกเขาเป็น blobs บนชายหาดที่ไม่มีความสามารถของนักว่ายน้ำที่ซับซ้อน” Dabiri กล่าว ในความเป็นจริงการย้ายลายเซ็นของเยลลี่ที่กว้างขึ้นเจ็ท-แพดนั้นมีความซับซ้อนพอที่จะสร้างแรงบันดาลใจให้ Dabiri ทบทวนข้อ จำกัด ที่ต้องเผชิญกับยานพาหนะใต้น้ำ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขา Lydia Trevino กำลังทำงานเกี่ยวกับการปรับเปลี่ยนใบพัดในลักษณะที่พวกเขาสามารถสร้างแรงมากพอที่จะเคลื่อนย้ายเครื่องที่ยุ่งยากเป็นอย่างอื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในสภาพแวดล้อมของเหลวของทะเล
ในขณะที่รูปแบบการว่ายน้ำทั้งสองของแมงกะพรุนดูเหมือนจะอนุญาตให้มีความกว้างของขนาดที่เห็นในเยลลี่ในวันนี้นักวิทยาศาสตร์เช่นอัลเลนคอลลินส์แห่งชาติมหาสมุทรและการบริหารบรรยากาศแห่งชาติดูเหมือนจะเกิดขึ้นจากความจริงที่ว่าสมการของดาบิรีทำนายขีด จำกัด ของรูปร่างระฆังเยลลี่
“ พวกเขาดูเหมือนจะไม่สามารถก้าวข้ามสิ่งที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี” คอลลินส์ซึ่งเป็นผู้ดูแลแมงกะพรุนของสถาบันสมิ ธ โซเนียนและคอลเล็กชั่นฟองน้ำแก้วที่พิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติ
ในการว่ายน้ำ
ก่อนที่จะเลือกเจ็ทและพายเรือระหว่างกันเยลลี่จะต้องกลายเป็นสัตว์ลอยอิสระเป็นครั้งแรกสำหรับเชื้อสายของพวกเขา แมงกะพรุนเป็นของสัตว์ที่มีขนาดใหญ่กว่าที่รู้จักกันในชื่อ cnidarians รวมกันโดยความสามารถในการทำหนามที่มีพิษ, ความสำเร็จที่พวกเขาสืบทอดมาจากบรรพบุรุษโบราณทั่วไป (สำหรับการถักเป็นภาษากรีกสำหรับ "ตำแยที่กัด") ปะการังและดอกไม้ทะเลเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนี้เช่นเดียวกับสัตว์เลื้อยคลานที่รู้จักกันในชื่อแฟนทะเลและปากกาทะเล เช่นเดียวกับแมงกะพรุน cnidarians ส่วนใหญ่มีร่างกายท่อที่มีปากที่ปลายด้านหนึ่งล้อมรอบด้วยหนวด แต่สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จำนวนมากยึดติดกับทรายหรือหิน พวกเขาไม่สามารถเคลื่อนไหวได้โดยเจ็ทหรือพาย
เยลลี่หนุ่มก็มีข้อ จำกัด ในแง่ของการเคลื่อนไหวที่มีจุดประสงค์ พวกเขาเริ่มต้นชีวิตเมื่อตัวอ่อนตัวเล็ก ๆ กระจายไปตามกระแสน้ำและในที่สุดก็ตั้งอยู่ที่ก้นทะเล ส่วนใหญ่เติบโตเป็นติ่งก้อนนิ้วขนาดเล็กหรือลูกแพร์ บางสปีชีส์มีติ่งที่สามารถคลานไปเล็กน้อย แต่ส่วนใหญ่พวกเขาอยู่ต่อไปรอสิ่งที่อร่อยที่จะสะดุดเข้าไปในหนวดของพวกเขา นี่คือชีวิตใน 'Burbs for Cnidarians จนกระทั่งถึงวันเมื่อประมาณ 550 ล้านปีก่อนว่าบรรพบุรุษของปนเปิ้ลของเยลลี่ในปัจจุบันเติบโตตาเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่แตกออกและเข้าสู่การว่ายน้ำของสิ่งต่าง ๆ Medusans ที่เรียกว่าเยลลี่ฟรีเหล่านี้เป็นแมงกะพรุนผู้ใหญ่ที่แฟน ๆ Marinelife รู้จักและชื่นชอบ (หรือความกลัว) เยลลี่เกือบทั้งหมดของวันนี้ยังคงเริ่มเป็นตัวอ่อนกลายเป็นติ่งและในที่สุดเมดิซานก็มีอิสระที่จะท่องทะเล
เป็นไปได้ว่าเยลลี่ที่ลอยอยู่ฟรีครั้งแรกเป็นนักว่ายน้ำคนเดียวในทะเลโบราณคอลลินส์กล่าว จะมีตัวอ่อนสาหร่ายและปะการังและลอยไปรอบ ๆ และในที่สุดก็มีกุ้งก้ามกรามและสัตว์ทะเลอื่น ๆ แต่ทางหลวงนั้นชัดเจน ไม่มีฉลาม ไม่มีปลา ไม่มีคนแน่นอน เยลลี่มีสระว่ายน้ำให้ตัวเอง
เจ็ทกับพาย
แต่สิ่งที่เป็นแมงกะพรุนแรกสุดที่ใช้ไม่ชัดเจน เมื่อ Dabiri และเพื่อนร่วมงานของเขาตระหนักว่ารูปแบบการว่ายน้ำแบบเดียวกันถูกครอบงำในกลุ่มเยลลี่ที่แตกต่างกันนักวิจัยสงสัยว่าเยลลี่ว่ายน้ำโบราณครั้งแรกระเบิดจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งผ่านเจ็ทแพ็คหรือค่อยๆพายไปรอบ ๆ ดังนั้นนักวิจัยจึงค้นหาต้นไม้ตระกูลแมงกะพรุนรุ่นล่าสุด (ต้นไม้ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ข้อมูลโมเลกุลโดยคอลลินส์และเพื่อนร่วมงานที่เผยแพร่ในชีววิทยาระบบในปี 2549)
เมื่อทีมของ Dabiri วางแผนกลยุทธ์การว่ายน้ำลงบนต้นไม้ปรากฏว่ารูปแบบการว่ายน้ำทั้งสองได้รับการคิดค้นขึ้นมาอีกครั้งในวิวัฒนาการแมงกะพรุน แต่คอลลินส์เตือนว่าแมงกะพรุนเป็นสัตว์ร้าย โดยไม่ต้องสำรวจทุกสายพันธุ์ในทุกกลุ่มเป็นการยากที่จะพูดว่าเจ็ตส์หรือพายเกิดขึ้นก่อน นักวิทยาศาสตร์มักจะมองหาบันทึกฟอสซิลเพื่อหาคำตอบสำหรับคำถามประเภทแรก และในขณะที่พบเยลลี่ฟอสซิลบางตัวบันทึกยังคงมืดมน
เป็นที่ชัดเจนว่าบางกลุ่มมักจะชอบการเคลื่อนไหวหนึ่งโหมด ในบรรดากล่องเยลลี่ (cubozoans) ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องของพิษที่ดุเดือดและรูปร่างลูกบาศก์ที่แตกต่างกันขนาดของระฆังถูก จำกัด และเยลลี่เหล่านี้มีขนาดเล็กสายพันธุ์เจ็ทที่ขับเคลื่อนด้วย Hydrozoans กลุ่มน้องสาวของกล่องเจลลีแสดงการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น Hydrozoans เรียกว่า Trachymedusae มีระฆังจิ๋วและเป็นของชุดเจ็ท hydrozoans อื่น ๆ ที่เรียกว่า siphonophores รวมถึงสปีชีส์เช่นชาวโปรตุเกส man-o-war ที่อาจเติบโตได้นานหลายฟุต แต่จริงๆแล้วอาณานิคมประกอบด้วยระฆังขนาดเล็กจำนวนมากที่ถูกล่ามโซ่ไว้ด้วยกัน ในขณะที่มีขนาดใหญ่เกินไปในการเจ็ททางเทคนิค Siphonophores ดึงการขับเคลื่อนเจ็ทผ่านแรงขับที่ประสานงานของระฆังแต่ละตัว
การขับเคลื่อนการพายเรือแบบสบาย ๆ นั้นปรากฏขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้งในต้นไม้ตระกูลแมงกะพรุนที่ยิ่งใหญ่และกลุ่มต่าง ๆ ได้ใช้ประโยชน์จากส่วนต่าง ๆ ของร่างกายเพื่อเพิ่มขอบเป๊ดแบล็กของระฆัง hydrozoans ที่มีรูปร่างคล้ายปลอกมี velum ซึ่งเป็นชั้นวางของกล้ามเนื้อที่ขอบด้านในของระฆังซึ่งช่วยเพิ่มพลังแรงขับเคลื่อนโดยการให้ปกแข็งที่จะระเบิดน้ำ การพายเรือพายที่มีขนาดใหญ่ขึ้น
แผนร่างกายของสิ่งมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตบางตัวอยู่ระหว่างสุดขั้วหรือเปลี่ยนเป็นวัยรุ่นเปลี่ยนจากเด็กและเยาวชนที่มีรูปทรงยูเอฟโอไปจนถึงผู้ใหญ่ที่มีรูปร่างจรวด แต่ดูเหมือนว่ามันไม่ได้เป็นประโยชน์ที่จะใช้ถนนกลาง การตรวจสอบการตั้งค่าการรับประทานอาหารบอกใบ้ว่าทำไม Dabiri และเพื่อนร่วมงานของเขาในประเด็นที่กำลังจะมาถึงชีววิทยาสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง-
นักล่าและผู้รวบรวม
เจ็ทผู้ค้ามีแนวโน้มที่จะเป็นสิ่งที่นักนิเวศวิทยาเรียกว่านักล่าซุ่มโจมตี-พวกเขารอคอยสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่จะว่ายน้ำผ่านแล้วติดกับมันในมวลของหนวด เช่นเดียวกับ Agent 007 เยลลี่เหล่านี้ส่วนใหญ่ดูเหมือนจะใช้ Jet Pack เพื่อหลบหนีจากศัตรูมากกว่าที่จะโจมตี ในทางกลับกันสิ่งที่เป็นที่รู้จักของแมงกะพรุนพายเรือพายแสดงให้เห็นว่าพวกเขาส่วนใหญ่ล่องเรือ foragers-พวกเขา amble ไปตามจับเหยื่อที่นุ่มนวลและเคลื่อนไหวช้าเช่นไข่ล่องลอยหรือสิ่งมีชีวิตเหมือนลูกอ๊อด
แน่นอนว่าเยลลี่อาจทำมันก่อน แต่สัตว์ส่วนใหญ่ได้คิดหาวิธีสร้างกำลังโดยการทำสัญญากล้ามเนื้อชี้ให้เห็นว่าเอ็ดวิน DeMont จากมหาวิทยาลัยเซนต์ฟรานซิสซาเวียร์ในแอนติโกนิชโนวาสโกเชีย แต่สิ่งมีชีวิตจำนวนมากใช้กล้ามเนื้อสองตัวที่เยลลี่ใช้ ยกตัวอย่างเช่นลูกหนูมนุษย์และไขว้จับคู่เพื่อให้เมื่อมีการทำสัญญาอีกฝ่ายหนึ่งจะกลับไปพักผ่อน สิ่งที่เทียบเท่าในเยลลี่คือการขยายตัวของสปริง
“ พวกเขาไม่สามารถเพิ่มอัตรานั้นได้ - มันเป็นเรื่องที่ไม่โต้ตอบ” DeMont กล่าว “ พวกเขาต้องจับกระบวนการของเหลวในสภาพแวดล้อม”
จากมุมมองของ Dabiri ความสามารถในการควบคุมกระบวนการของเหลวเหล่านี้เป็นหนึ่งในสิ่งมหัศจรรย์ของผีที่สง่างามเหล่านี้ในทะเล เขาหวังว่าจะทำสิ่งที่คล้ายกับกระแสอากาศ แรงบันดาลใจจากพลวัตการไหลที่ใช้โดยเจลลีเจ็ตเจลลิ่งเขาได้เริ่มตรวจสอบวิธีการจับพลังงานของลมที่พัดผ่านเมือง เนื่องจากลมนี้สามารถเปลี่ยนทิศทางและความแข็งแกร่งได้อย่างรวดเร็วเมื่อมันเลื่อนลงอาคารหันมุมหรือระเบิดไปตามถนนการใช้ประโยชน์จากมันต้องคิดเหมือนเยลลี่มากกว่าปลาทูน่า เมื่อเร็ว ๆ นี้ Dabiri ได้รับเงินทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติเพื่อสำรวจการแปลงพลังงานที่เกิดขึ้นเมื่อ Eddies และ Vortices ถูกสร้างขึ้นโดยสัตว์เช่นแมงกะพรุน
“ ไม่ว่าจะเป็นน้ำหรืออากาศ” Dabiri กล่าว“ ทุกอย่างกลับมาเป็นสมการเดียวกัน”