Neues Konzept erklärt, wie winzige Partikel durch Wasserschichten navigieren, mit Auswirkungen auf den Meeresschutz

Eine neue UBC-Studie wurde kürzlich in veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften hat Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich mikroskopisch kleine Organismen wie Meeresplankton durch Wasser mit unterschiedlich dichten Schichten bewegen.

Die Forscher Gwynn Elfring und Vaseem Shaik entdeckten, dass Dichteschichten, die durch Temperatur- oder Salzgehaltsschwankungen entstehen, die Schwimmrichtung und Geschwindigkeit winziger Partikel beeinflussen, die durch eine Flüssigkeit navigieren.

Drücker und Puller

„Es gibt zwei verschiedene Arten von mikroskopischen Schwimmern – Puller und Pusher – und sie navigieren unterschiedlich durch Dichtegradienten“, sagt Dr. Elfring, Professor an der Fakultät für Angewandte Wissenschaften der UBC, der Strömungsmechanik studiert.

„Ziehende Fische erzeugen an der Vorderseite ihres Körpers Schub und richten ihre Schwimmrichtung am Dichtegradienten aus, indem sie sich parallel dazu bewegen. Im Gegensatz dazu schwimmen schiebende Fische, die einen Rückwärtsschub erzeugen, senkrecht zu diesen Gradienten und navigieren über die Schichten statt an ihnen entlang. »

Dr. Elfring vergleicht dieses Konzept mit dem einer Person, die in einem Pool schwimmt: „Stellen Sie sich vor, Sie schwimmen in Wasser, dessen obere Schicht warm und die untere Schicht kalt ist. So wie man in unterschiedlichen Tiefen einen unterschiedlichen Widerstand und Auftrieb verspüren kann, erleben kleine Schwimmer in natürlichen Gewässern ähnliche Effekte aufgrund von Änderungen der Wasserdichte: Der „Dichtegradient“ verändert die Art und Weise, wie sich Organismen durch Wasser bewegen. »

Densitaxis und ozeanische Wanderungen

Die Forscher nannten diese Dynamik „Densitaxis“, ein Kunstwort aus „Dichte“ und dem altgriechischen Wort „taxis“, was „Anordnung“ bedeutet.

Dr. Elfring glaubt, dass Densitaxis Wissenschaftlern dabei helfen kann, zu verstehen, wie sich Organismen unterschiedlicher Größe durch ihre Umgebung bewegen.

Meeresbiologen können beispielsweise Informationen über die Bewegungen verschiedener Meeresorganismen erhalten, vom winzigen Plankton bis hin zu größeren Meerestieren. Die Dichte des Meerwassers ändert sich mit der Tiefe aufgrund von Temperatur- und Salzgehaltsschwankungen, was sich darauf auswirkt, wie Organismen Nahrung finden, Raubtieren ausweichen und wandern.

Einige Meeresorganismen wie Krill und Plankton wandern auf der Suche nach Nahrung vertikal. Die Studie legt nahe, dass ziehende Organismen es möglicherweise einfacher finden, durch diese Dichteschichten zu navigieren, was ihre vertikale Bewegung erleichtert. Umgekehrt könnten wachsende Organismen vor größeren Herausforderungen stehen, die sich auf ihre Ernährungs- und Migrationsgewohnheiten auswirken könnten.

Auswirkungen des Klimawandels

Die Forscher hoffen, dass die Studie künftige Arbeiten zur Vorhersage von Veränderungen in Meeresökosystemen aufgrund des Klimawandels beeinflussen wird.

„Die globale Erwärmung hat die Dichteschichtung in den Ozeanen erhöht und dadurch ausgeprägtere Schichten geschaffen. Diese Veränderung wirkt sich auf die Art und Weise aus, wie sich Meeresorganismen bewegen und verhalten, und kann möglicherweise die Ernährungsgewohnheiten und Migrationsrouten stören. Indem Wissenschaftler untersuchen, wie winzige Schwimmer mit diesen Dichtegradienten interagieren, können sie die Auswirkungen des Klimawandels auf Meeresökosysteme besser vorhersagen und geeignete Schutzstrategien entwickeln“, sagte Dr. Elfring.

Diese Ergebnisse haben auch praktische Anwendungen in Technik und Industrie. Die Fähigkeit, Dichtegradienten zu manipulieren, könnte genutzt werden, um winzige Partikel oder Organismen im Labor zu sortieren und zu organisieren. Dies könnte für die wissenschaftliche Forschung, medizinische Anwendungen und industrielle Prozesse nützlich sein, bei denen eine präzise Steuerung der Partikelbewegung unerlässlich ist.

„Als Strömungsmechanikforscher bin ich davon überzeugt, dass das Verständnis der Strömungsmechanik für das Verständnis der Bewegung lebender Organismen wertvoll ist. Ich hoffe, dass der vorliegende Artikel zu neuen Perspektiven auf dem Gebiet der biologischen Arbeit und der technologischen Entwicklung beitragen wird“, sagte Dr. Elfring.