按边界 在世界海洋中，数十亿只微小的海洋蜗牛(一种浮游生物)每天往返于表层水域之间，它们在夜间觅食，白天在数百米的深处休息，同时躲避捕食者
海洋蜗牛在地球化学循环和气候中发挥着重要作用:全球碳酸盐通量的12-13%发生在死蜗牛的碳酸钙壳下沉到深处时，在那里它们溶解并导致大气碳和海洋酸化
但是因为它们很难研究，也不能放在实验室里，这些动物的行为——它们有着诗意的名字，比如海蝴蝶——鲜为人知，尤其是在它们多样性最大的亚热带和热带地区
在这里，一组海洋学家和工程师专门从事流体物理学和生物学交叉领域的研究，拍摄热带海洋蜗牛的运动，并从流体物理学和生态学的角度对其进行分析
它们表明，每个物种都有独特的游泳和下沉方式，看起来很美，这取决于它们的壳的形状(盘绕的、细长的或圆形的)、身体大小、拍打“翅膀”的存在和速度
最小、最慢的物种游泳更困难，因为海水对它们来说“更粘”和更粘——用专业术语来说，“雷诺数”更低——这影响了它们运动的角度、轨迹和稳定性
“我们想知道这些美丽动物的游泳行为是如何受到它们不同的壳形状和大小的影响的
我们发现，壳形状像飞机机翼的物种比壳形状像蜗牛的物种游得更快，机动性更强
了解这些动物的游泳能力有助于我们更好地了解它们在海洋中的生态重要性和分布
此外，作为工程师，我们希望从这些生物的游泳方式中学习，设计出新一代生物启发的水下航行器
大卫·墨菲，佛罗里达坦帕南佛罗里达大学机械工程系助理教授
大西洋居维叶虫，一种长有细长外壳的体型翼足动物
信用:大卫墨菲和合著者 在2017-2019年间，研究人员捕获了9种海洋蜗牛的多个个体(0
9-13
1毫米长)，包括7种体型翼足类(“海蝶”)，一种裸囊翼足类(“海天使”，成年时没有壳)，以及一种大西洋异形足类
他们把它们运送到实验室，在那里，他们用高速立体摄影技术在一个盐水水族馆里记录它们的行为，这是一种用一对照相机在三维空间跟踪运动的技术
对于每个物种，他们计算了主动游泳和被动下沉期间的绝对和标准化速度(相对于体长)、翅膀运动的频率、下沉期间的下降角度、游泳期间上升路径的弯曲度和雷诺数
他们表明，每个物种都有一个独特的游泳模式，通常以12-114毫米/秒的锯齿螺旋上升，或每秒1-24个体长——相当于一个平均体型的男性以每秒40米的速度游泳
蜗牛以相似的速度下沉，但是在一条直线上，相对于垂直方向成4-30度角
灰翅亚目，一种长有细长外壳的体型翼足动物
信用:大卫墨菲和合著者 “我们的结论是，这些远洋蜗牛的游动和下沉行为与壳的形状和大小密切相关
壳呈螺旋状的小蜗牛游得更慢，而壳呈瓶状或翼状的大蜗牛游得更快，因为它们的体型较大，可以克服水的粘性
然而，游泳速度与这些动物每天迁移的距离无关，这表明光照和温度水平以及捕食者和猎物的存在也起了作用
墨菲说:“我们还发现，带有翼状外壳的海蝶利用其外壳向下‘悬挂滑行’，以减缓下沉速度。”
充气螺旋菌，一种具有卷曲外壳的体型翼足动物
信用:大卫墨菲和合著者 为了研究每个物种的深度偏好，墨菲等人
用一种叫做多重开合网和环境传感系统的计算机操作网，在地表下0-1000米处对大量蜗牛进行了进一步取样
他们使用机器学习(基于图像)和核糖体基因条形码来确定物种
基于这些结果，研究人员估计这些物种每天行进50-300米，每天垂直“通勤”总共需要1-3个小时
每天7小时
“看着这些微小而精致的动物以非常复杂的动作扇动翅膀，以便在水中自由飞翔，绝对令人着迷
我们很幸运拥有高速摄影机，可以让这个动作减速到足以让我们看到它
墨菲总结道:“令人惊讶的是，这些海洋蝴蝶在水中飞行时使用的流体动力学原理与昆虫在空中飞行时使用的原理相同。”
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