Nos oceanos do mundo, bilhões de minúsculos caracóis marinhos (uma forma de plâncton) viajam diariamente entre as águas superficiais, onde eles se alimentam à noite, a profundidades de várias centenas de metros durante o dia para descansar, evitando predadores. Os caracóis marinhos desempenham um papel importante nos ciclos geoquímicos e no clima:12-13% do fluxo global de carbonato ocorre quando as conchas de carbonato de cálcio dos caracóis mortos afundam nas profundezas, onde se dissolvem e contribuem para o carbono atmosférico e a acidificação dos oceanos. Mas porque são difíceis de estudar e não podem ser mantidos no laboratório, o comportamento desses animais - que carregam nomes poéticos como borboletas do mar - é pouco conhecido, especialmente para as regiões subtropicais e tropicais onde sua diversidade é maior.

Aqui, uma equipe de oceanógrafos e engenheiros especializados em pesquisas na interseção da física dos fluidos e da biologia, filmar os movimentos dos caracóis marinhos tropicais e analisá-los de uma perspectiva da física dos fluidos e ecológica. Eles mostram que cada espécie tem um estilo distinto de nadar e afundar, bonito de assistir, dependendo da forma de sua concha (enrolada, alongado, ou redondo), tamanho do corpo, presença de "asas" batendo, e velocidade. O menor, as espécies mais lentas têm mais dificuldade de nadar devido à água do mar ser "mais pegajosa" e mais viscosa para elas - em termos técnicos, com um "número de Reynolds" menor, que afeta o ângulo, trajetória, e estabilidade de seus movimentos.

"Queríamos responder como o comportamento natatório desses belos animais é afetado por suas diferentes formas e tamanhos de conchas. Descobrimos que as espécies com uma concha em forma de asa de avião nada mais rápido e é mais manobrável do que aquelas com forma de caracol conchas. Compreender a capacidade de natação desses animais está nos ajudando a entender melhor sua importância ecológica e sua distribuição no oceano. como engenheiros, esperamos aprender com o estilo de natação desses organismos para projetar uma nova geração de veículos subaquáticos bioinspirados, "diz o autor correspondente, Dr. David Murphy, Professor Assistente do Departamento de Engenharia Mecânica da University of South Florida, Tampa, Flórida.

Entre 2017-2019, os pesquisadores capturaram vários indivíduos de nove espécies de caracóis marinhos (0,9-13,1 mm de comprimento) à noite nas Bermudas, incluindo 7 espécies de pterópodes cossomáticos ("borboletas do mar"), uma espécie de pterópodes gimnosomatosos ("anjos do mar", que carecem de concha quando adultos), e uma espécie de heterópodes atlantídeos. Eles os transportaram para o laboratório, onde eles registraram seu comportamento em um aquário de água salgada com estereofotogrametria de alta velocidade, uma técnica que rastreia o movimento em 3-D com um par de câmeras. Para cada espécie, eles calcularam a velocidade absoluta e normalizada (em relação ao comprimento do corpo) durante a natação ativa e afundamento passivo, a frequência do movimento da asa, o ângulo de descida durante o afundamento, a tortuosidade do caminho de subida durante a natação, e o número Reynolds.

Eles mostram que cada espécie tem um padrão distinto de natação, geralmente ascendente em uma espiral dentada a 12-114 mm / s, ou 1-24 comprimentos do corpo por segundo - correspondendo a um homem de tamanho médio nadando a até 40 m por segundo. Os caracóis afundam em velocidades semelhantes, mas em linha reta, em um ângulo de 4-30 ° em relação à vertical.

"Concluímos que o comportamento de nadar e afundar desses caracóis pelágicos corresponde fortemente à forma e ao tamanho da concha. Os caracóis minúsculos com conchas em espiral nadam mais lentamente, enquanto os caracóis maiores com conchas em forma de garrafa ou asa nadam mais rápido porque seus tamanhos maiores permitem que eles superar os efeitos da viscosidade da água. a velocidade de natação não se correlaciona com a distância que esses animais migram a cada dia, o que sugere que os níveis de luz e temperatura e a presença de predadores e presas também desempenham um papel. Também descobrimos que a borboleta do mar com a concha em forma de asa usa sua concha para 'planar' para baixo, a fim de retardar seu afundamento, "diz Murphy.

Para estudar as preferências de profundidade de cada espécie, Murphy et al. além disso, amostrou um grande número de caracóis com uma rede operada por computador, chamado Rede Múltipla de Abertura / Fechamento e Sistema de Detecção Ambiental, 0-1000 m abaixo da superfície. Eles usaram o aprendizado de máquina (com base em imagens) e o código de barras do DNA ribossomal para determinar as espécies. Com base nesses resultados, os pesquisadores estimam que essas espécies viajam 50-300 m por dia, em um "trajeto" vertical diário que leva um total de 1-3,7 h por dia.

"É absolutamente hipnotizante assistir esses minúsculos, animais delicados batem suas asas em movimentos realmente complexos para essencialmente voar através da água. Temos sorte de ter câmeras de alta velocidade que podem retardar esse movimento o suficiente para que possamos vê-lo. E é impressionante pensar que essas borboletas marinhas estão usando os mesmos princípios de dinâmica de fluidos para voar através da água que os insetos usam para voar pelo ar, "conclui Murphy.