Új Szó, 2020. november (73. évfolyam, 254-277. szám)
2020-11-25 / 273. szám
181 TUDOMÁNY ÉS TECHNIKA 2020. november 25. | www.ujszo.com A kutatók kifejlesztettek egy 3D-robothalat, amelynek rugalmas farokúszója van, és olyan hullámzó mozgással úszik, mint egy valódi hal (Shutterstock) Megfejtették a Halrajok rejtélyét A kutatók felfedezték, hogy az elülső halak befolyásolják a mögöttük lévő halak hidrodinamikáját ÖSSZEFOGLALÓ Lenyűgöző látvány, amikor sok hal együtt, összehangoltan úszik. A jelenséget évszázadok éta vizsgálják, egy alapkérdésre azonban nem sikerült választ találni mostanáig. Az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói a Max Planck Allatviselkedéstani Intézet, a Konstanzi Egyetem, a Pekingi Egyetem tudósaival együttműködve nemrég bizonyították a korábbi feltevést, hogy a halak energiát spórolnak a rajban úszással. A régóta megválaszolásra váró kérdés feltárásához meg kellett mérni a rajban úszó halak energiafelhasználását. Szabadon úszó halak esetén ennek pontos végrehajtása eddig nem volt lehetséges, ezért a korábbi tanulmányok inkább elméleti modellek és becslések segítségével igyekeztek megoldani a dilemmát. Az új kutatás azonban legyőzte ezt akadályt a kísérleti tesztelés előtt. A kutatók kifejlesztettek egy 3D- robothalat, amelynek rugalmas farokúszója van, és olyan hullámzó mozgással úszik, mint egy valódi hal. Ugyanakkor élő társaikkal ellentétben a robothalak lehetővé teszik az együtt úszással járó energiafogyasztás közvetlen mérését és a magányos úszással való összehasonlítását. „Biomimetikus robotot fejlesztettünk annak az alapvető kérdésnek a megválaszolására, hogy pontosan mennyi energiát használnak fel a halak az úszás során” - mondta Liang Li, az MPI-AB posztdoktori munkatársa és a tanulmány első szerzője. Hozzátette: „Ha ezután több robotot egymással kölcsönhatásban vizsgálunk, hatékony módszert kapunk arra, hogy megértsük, a különböző úszási stratégiák miként befolyásolják a mozgás energetikai költségeit.” A kutatók a robothalak úszását vizsgálták párban és egyedül. Több mint 10 ezer mérést elvégezve, minden lehetséges helyzetben tesztelték a követő halakat a vezetőkhöz képest, majd összehasonlították az energiafelhasználást az egyéni úszással. Az eredmények egyértelmű különbséget mutattak. A kutatók felfedezték, hogy az elülső halak befolyásolják a mögöttük lévő halak hidrodinamikáját. A követő hal számára az úszáshoz szükséges energiabefektetést két tényező határozza meg: a vezető mögötti távolság és a farokcsapások időzítése. Az energiatakarékosság elérésének titka, mint kiderült, a megfelelő időzítés. Vagyis a követő halaknak az előttük úszó hal farokcsapásaihoz kell igazítaniuk a saját mozgásukat a térbeli helyzet alapján meghatározott időeltolódással - ezt a stratégiát a kutatók „örvényfázis-egyeztetésnek” nevezték. Amikor a követő a vezető hal mellett van, akkor a legtakarékosabb a farokcsapásokat megegyező időzítéssel szinkronizálni a vezetővel. De amikor a követők lemaradnak, el kell térniük az egyidejű mozgástól, és egyre nagyobb késéssel reagálni a vezető farokcsapásaira. „A halrajok rendkívül dinamikus, társas rendszerek. Eredményeink magyarázatot adnak arra, hogy a halak hogyan profitálhatnak a közeli szomszédok által létrehozott örvényekből anélkül, hogy rögzített távolságot kellene tartaniuk egymástól” - magyarázta Iáin Couzin vezető szerző, az MPI-AB igazgatója, aki a Konstanzi Egyetem Kiválósági Klaszterét is irányítja. A hidrodinamikai folyamatok megjelenítéséhez a kutatók apró hidrogénbuborékokat bocsátottak a vízbe, amelyeket lézerrel világították még, ez a technika pedig láthatóvá tette a robotok úszó mozgása által létrehozott örvényeket. Az örvények a vezető halról leválnak és halhoz képest hátrafelé mozognak. A vizualizáció azt is megmutatta, hogy a követő robotok ezeket az örvényeket különféle módon tudják hasznosítani. „Ez nem csak az energiatakarékosságról szól. A mozgás időzítésének megváltoztatásával a követők a más halak által kibocsátott örvényeket arra is felhasználhatják, hogy tolóerőt hozzanak létre a gyorsításhoz” - fejtette ki Nagy Máté társszerző, a MTA-ELTE Csoportos Viselkedés Lendület kutatócsoportjának vezetőj e, aki korábban az MPIAB munkatársa volt. De vajon a valódi halak használják-e az örvényfázis-egyeztetés stratégiáját az energiatakarékosság érdekében? Ennek megválaszolására a kutatók megalkottak egy egyszerű hidrodinamikai modellt, amely azt írja le, hogy hogyan mozognak a valódi halak, ha örvényfázis-egyeztetést alkalmaznak. A mesterséges intelligencia alapú elemzés alkalmazásával mérték együtt úszó aranyhalak testtartását, és megállapították, hogy a stratégiát a természetes viselkedésük során használják a halak. Couzin professzor elmondta, hogy egy egyszerű szabályt fedeztek fel a szomszédokkal való szinkronizálásra, amely lehetővé teszi a követők számára, hogy folyamatosan kihasználják a társaik által létrehozott örvényeket. A robotkísérleteik előtt egyszerűen nem tudták, hogy pontosan mire figyeljenek, és ezért ez a szabály eddig rejtve maradt. A tanulmányról a Nature Communications folyóirat is beszámolt. (ELTE) Fosszilis galaxist fedeztek fel a Tejútrendszer mélyén A fosszilis galaxis a tudósok feltételezése szerint tízmilliárd évvel ezelőtt összeütközött a Tejútrendszerrel, amikor galaxisunk még nagyon fiatal volt (Shutterstock) MTI-HÍR Fosszilis galaxist fedeztek fal tudósok a Tejútrendszer mélyón a Sloan Digital Sky Survey (SDSS) égboltfelmérési program APOGEE tudományos projektjének adatait elemezve. Eredményeiket a brit tudósok a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című tudományos lapban mutatták be. A fosszilis galaxis a tudósok feltételezése szerint tízmilliárd évvel ezelőtt összeütközött a Tejútrendszerrel, amikor galaxisunk még nagyon fiatal volt. A csillagászoktól a Héraklész nevet kapta a görög mitológia halhatatlanná vált hőséről. A Héraklész maradványai - gázok és csillagok - felelősek a Tejútrendszer gömb alakú halójának egyharmadáért, ennek ellenére mégsem észlelték korábban. „Ahhoz, hogy megtaláljunk egy ilyen fosszilis galaxist, több tízezernyi csillag részletes kémiai összetételét és mozgását kellett megfigyelnünk. Ez különösen a Tejútrendszer középpontjában lévő csillagok esetében nehéz, mivel ezeket csillagközi porfelhő takaija el. Az APOGEE segítségével átláthatunk a porfelhőn és mélyebbre látunk a Tejútrendszer szívében, mint valaha” - mondta Ricardo Schiavon, a liverpooli John Moores Egyetem (LJMU) munkatársa, a kutatás résztvevője. Az APOGEE a csillagok spektrumát közeli infravörös fényben méri látható fény helyett, utóbbit ugyanis elhomályosítja a por. Működése elmúlt tíz évében az APOGEE több mint félmillió csillag spektrumát mérte fel a Tejútrendszerben. Ahhoz, hogy megkülönböztessék a Héraklészhez és az eredeti Tejútrendszerhez tartozó csillagokat, a csapat a két galaxishoz tartozó csillagoknak az APOGEE műszereivel mért kémiai összetételét és sebességét használta. így bukkantak rá a több tízezernyi csillag között arra a néhány százra, melyek teljesen különböztek ezen két jellemzőjüket tekintve. Az eredetileg a Héraklészhez tartozó csillagok felelősek a Tejútrendszer teljes mai halójának egyharmadáért, ez arra utal, hogy ez az újonnan felfedezett összeütközés a galaxis története szempontjában döntő jelentőségű esemény lehetett. Ez azt sugallja, hogy galaxisunk szokatlan, mivel a legtöbb hasonló tömegű, spirális galaxisnak jóval nyugodalmasabb volt a kezdeti időszaka.
