Роборыба помогла понять, зачем глубоководным животным нужен кисель под кожей
У многих мальков значительную часть массы тела составляет желатинообразная субстанция, или подкожная слизь. В 2008 году первую взрослую рыбу с подкожной слизью (Aphyonus gelatinosus) обнаружили во время погружения беспилотного аппарата в Бездну Челленджера — самую глубокую часть океана. В 2014 группа британских и японских зоологов опустила в Марианскую впадину ловушку и подняла живой образец Pseudoliparis amblystomopsis — липаровой рыбы, пойманной на рекордной для рыб глубине в 8134 метров, также украшенной подкожной слизью.
У некоторых рыб слизь расположенная под кожей по всему телу, у некоторых — вдоль позвоночника или в плавниках. Всего подкожную слизь обнаружили у рыб ок. 200 видов, но зачем она нужна, пока наверняка не выяснили. Предыдущие исследования доказали только, что слизь не имеет никакого отношения к терморегуляции, зато явно способствует прозрачности, которая нужна для маскировки от хищников. И действительно, виды, у которых масса слизи составляет до 1/3 от массы тела, полупрозрачны, и через череп можно разглядеть мозг — если смотреть на свет.
В работе, опубликованной в Royal Society Open Science, те же ученые, что подняли со дна P. amblystomopsis, доказывают, что слизь нужна рыбам — особенно глубоководным — для большей плавучести, и к тому же помогает достигать относительно больших размеров без больших затрат энергии. ЧТобы проверить свои предположения, ученые напечатали на 3D-принтере роборыбу — как объясняют авторы статьи, это было намного проще, чем спускаться за новой в Марианскую впадину.
Прежде чем строить слизистого робота, ученые проделали большую работу: изучили химический состав слизи всех 200 видов рыб, у которых она есть, и проверили ее на, осмоляльность. Оказалось, что слизь на 99% состоит в основном из воды, имеет в растворе около полупроцента углеводов, остальное — жиры (их чуть больше) и белки (чуть меньше). Это позволило заключить, что наращивать объем слизи для рыбы гораздо проще, чем заполнять это пространство костями, мышцами или хрящами, для роста которых требуется гораздо больше питательных веществ.
Затем слизь проверили на плавучесть — и обнаружили, что она почти всегда имеет меньшую концентрацию, чем морская вода. А значит, решили исследователи, морские обитатели могут использовать слой слизи для повышения плавучести. Особенно это нужно рыбам, живущим на большой глубине. Большинство рыб пользуется плавательным пузырем, который наполняется воздухом или сдувается в зависимости от того, нужно рыбе нырнуть поглубже или всплыть. Но на восьмом километре от поверхности на то, чтобы надуть плавательный пузырь, требуются непомерные усилия, которые маленькие глубоководные обитатели приложить не могут.
Авторы работы предлагают и новую, до сих пор не предлагавшуюся версию о том, зачем нужна слизь: по их мнению, она повышает маневренность рыбы в случае, если сгустки слизи под кожей придают обтекаемую форму месту, где тело переходит в хвост.
Чтобы доказать это предположение, ученые напечатали из латекса модель рыбы N. kermadecensis, живущей на глубине 6-7 км в тихоокеанском желобе Кермадек. Модель снабдили эластичным кармашком вокруг хвоста, который то заполняли водой (имитирующей слизь), то оставляли пустым, плотно прижатым к резиновой основе хвоста. В первом случае робот оказался быстрее и ловчее второго, одним количеством ударов хвоста преодолевая большее расстояние, чем ее угловатый вариант.