Morze: symbioza gąbek i krewetek

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Zwane koszyczkami Wenery gąbki z gatunku Euplectella aspergillum, których zewnętrzny szkielet jest zbudowany z misternie splecionych włókien krzemionkowych, są znane z tego, że w ich wnętrzu często można znaleźć uwięzione parki krewetek, żyjące z nimi w symbiozie. Ów biologiczny „romantyzm” sprawia, że gąbki te są częstym prezentem ślubnym w Japonii. Teraz jednak grupa inżynierów zainteresowała się tym, w jaki sposób woda przepływa przez gąbki, utrzymując przy życiu ich więźniów.

Zespół wysunął tezę, że przyciągające wzrok wzorzyste fałdy i otwory w gąbkach ukierunkowują przepływ wody wokół nich oraz we wnętrzu. Jednak podwodny eksperyment mający na celu określenie działania każdego elementu strukturalnego byłby logistycznie niemożliwy. Przeprowadzono więc serię symulacji, udoskonalanych przez dekadę, na jednym z najsilniejszych włoskich superkomputerów. „Sądzę, że jest to symulacja w najlepszym wydaniu – coś, czego nie da się wykonać w formie eksperymentu” – mówi Sauro Succi, kierownik zespołu badawczego w Istituto Italiano di Tecnologia w Rzymie i współautor pracy opublikowanej w „Nature”.

Naukowcy zbudowali wirtualny trójwymiarowy model na podstawie pomiarów parametrów prawdziwych gąbek, a następnie symulowali przechodzenie przez nie pojedynczych cząstek w obecności fałd i otworów oraz przy ich braku. Stwierdzono, że porowata siatkowa struktura gąbki redukuje opór związany z jej przepływem, a fałdy łagodzą jej napór i tworzą drobne wiry we wnętrzu. Te zawirowania ułatwiają mieszanie się jajeczek i spermy gąbki, pozwalając jednocześnie gąbce – oraz żyjącym w niej krewetkom – skuteczniej się odżywiać.

Według Giacomo Falcucciego z Università degli Studi di Roma Tor Vergata, głównego autora badań, ta „podwójna korzyść” – przetrwanie i płodność – zaskoczyła członków zespołu badawczego, ponieważ ewolucyjne adaptacje mające na celu zwiększenie sukcesu reprodukcyjnego są na ogół niekorzystne dla organizmu pod innymi względami, czego przykładem jest atrakcyjny wizualnie, lecz ciężki ogon pawia.

„Doprawdy świetną rzeczą jest przekonać się, że ta złożona morfologia w istocie ma intrygujące implikacje dla dynamiki płynów” – mówi Laura Miller, matematyczka i i inżynier biomedyczny z Arizona State University, która nie była zaangażowana w te badania, lecz jest autorką komentarza do artykułu w „Nature”.

W przyszłości analogiczna metoda symulacji może zostać zastosowana do innych organizmów, które nigdy dotąd nie były dokładnie zbadane z perspektywy dynamiki płynów – Miller sugeruje, że skomplikowana architektura rafy koralowej stanowi obiecujący kierunek badań. Koszyczki Wenery już były inspiracją do zaprojektowania wielu biomateriałów, w tym drukowanej w 3D siatki, która wytrzymuje bez wyboczenia większe obciążenie niż obecnie stosowane struktury kratowe mostów. Autorzy mają również nadzieję, że dzięki zrozumieniu właściwości gąbki, uda się w przyszłości zmniejszać opór powietrza w przypadku takich konstrukcji, jak drapacze chmur, łodzie podwodne i statki kosmiczne.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.