Эволюция оказывается такой же гениальной, как Никола Тесла
Ключевые выводы
- Впервые ученые разработали 3D-сканы кишечника акулы, чтобы узнать, как они переваривают то, что едят.
- Сканирование показывает структуру кишечника, которая выглядит ужасно знакомой - она похожа на клапан Теслы.
- Сооружение может позволить акулам лучше переносить длительные перерывы между пиршествами.
Учитывая, как сильно люди боятся акул, немного удивительно, что ученые мало знают об этих хищниках. Например, до недавнего времени акулы считались одиночными существами, самостоятельно ищущими в морях пищу. Теперь оказывается, что некоторые акулы довольно общительны.
Еще одна загадка заключается в том, как эти доисторические машины для плавания и еды переваривают пищу. Хотя ученые сделали 2D-зарисовки пищеварительной системы отловленных акул на основе вскрытий, есть предел тому, что можно узнать таким образом. Профессор Адам Саммерс из лаборатории Friday Harbour Labs Вашингтонского университета говорит:
«Кишечник настолько сложен, с таким количеством перекрывающихся слоев, что вскрытие разрушает контекст и связность ткани. Это все равно, что пытаться понять, о чем сообщается в газете, поднося ножницы к свернутому экземпляру. История просто не стыкуется».
Саммерс является соавтором нового исследования, в ходе которого были получены первые 3D-сканы кишечника акулы, который, как оказалось, имеет странную спиральную структуру. Что еще более странно, так это то, что он напоминает удивительный односторонний клапан, разработанный изобретателем Николой Теслой в 1920 году. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the Royal Society B..
Что показывает 3D-модель
По словам ведущего автора исследования Саманты Ли, «пришло время использовать некоторые современные технологии для изучения этих действительно удивительных спиральных кишок акул. Мы разработали новый метод цифрового сканирования этих тканей и теперь можем рассматривать мягкие ткани в таких мельчайших деталях, не разрезая их».
«Компьютерная томография - один из немногих способов понять форму кишечника акулы в трех измерениях», - добавляет Саммерс. Исследователи просканировали кишечник почти трех десятков различных видов акул.
Считается, что акулы проводят длительные периоды времени - дни или даже недели - между большими приемами пищи. Сканирование показывает, что пища медленно проходит через кишечник, давая пищеварительной системе акул время, чтобы полностью извлечь свою питательную ценность. Исследователи предполагают, что такой медленный процесс пищеварения может также требовать меньше энергии.
Возможно, это медленное пищеварение более восприимчиво к обратному току, учитывая, что импульс переваренной пищи через тракт должен быть минимальным. Возможно, именно поэтому у акул появилось что-то похожее на клапан Теслы.
Что там делает клапан Теслы?
«Клапанный трубопровод» Теслы, или то, что в мире сейчас называют «клапаном Теслы», представляет собой односторонний клапан без движущихся частей. Его великолепие основано на динамике жидкости и только сейчас его можно полностью оценить. По сути, ряд каплевидных петель, расположенных по длине клапана, позволяет воде легко течь в одном направлении, но не в другом. Современные тесты показывают, что при низких расходах вода может проходить через клапан в любом направлении, но при высоких расходах срабатывает конструкция. По словам математика Лейфа Ристрофа:
“Важно то, что это включение происходит с генерацией турбулентных течений в обратном направлении, которые «затыкают» трубу вихрями и разрывными токами. Более того, турбулентность возникает при гораздо более низких скоростях потока, чем когда-либо прежде наблюдалось для труб более стандартных форм - скорость до 20 раз ниже, чем обычная турбулентность в цилиндрической трубе или трубе. Это показывает его возможности для управления потоками, которые можно использовать во многих приложениях».
Глубокое погружение
Саммерс предполагает, что сканирование - это только начало. «Подавляющее большинство видов акул и большая часть их физиологии совершенно неизвестны», - говорит Саммерс, добавляя, что «каждое наблюдение естественной истории, внутренняя визуализация и анатомическое исследование показывают нам вещи, о которых мы не могли и догадываться».
С этой целью исследователи планируют использовать 3D-печать для создания моделей, с помощью которых они смогут наблюдать за поведением различных веществ, проходящих через них - ведь акулы обычно едят рыбу, беспозвоночных, млекопитающих и водоросли.. Они также планируют вместе с инженерами изучить способы промышленного использования акульего кишечника, возможно, для очистки сточных вод или фильтрации микропластика.
Тем не менее, можно сказать, что Никола Тесла опередил их на 100 лет.