Движение мальков оптимально и не может быть улучшено

Ученые из Высшей технической школы Цюриха математически доказали оптимальность поведения мальков при нападении хищников, сообщает Lenta.Ru. Изогнутая форма, которую мальки принимают на старте, оказалась лучшей из возможных для развития максимального ускорения, пишут исследователи в журнале Journal of Fluid Mechanics.

При нападении хищников мальки сначала сильно сгибаются, принимая C-образную форму (видео). Ученые и раньше предполагали, что С-образный изгиб позволяет малькам развивать значительное ускорение, но как именно и почему это происходит, установлено не было.

Авторы статьи решили проверить используемую стратегию на оптимальность. Для этого они создали две взаимодействующие модели — гидродинамическую модель движения малька и модель их эволюции. Расчеты проводились в течение нескольких дней на суперкомпьютере «Monte Rosa», занимающем 34 место в списке самых высокопроизводительных систем на ноябрь 2011 года.

Виртуальные рыбы проходили циклы симулированной эволюции, в которых преимущество получали те из них, кто развивал максимальную скорость за минимальное время. При этом развиваемое ускорение рассчитывалось для каждой виртуальной рыбы в гидродинамической модели. Рабочий материал для эволюции поставляло исходное разнообразие поведения — разные рыбы изгибали тело восемью разными способами.

В итоге ученые установили, что С-образный изгиб действительно дает максимальное ускорение, хотя и является энергически очень невыгодным. Впрочем, когда речь идет о долях секунды, экономией энергии можно пожертвовать.

Оказалось, что образуемые в ходе движения вихри, вопреки распространенным представлениям, не имеют существенного значения для развития скорости. Значение имеет максимизация скорости и объема отбрасываемой воды. Именно в этом им помогает С-образный изгиб. Если бы анатомия рыб позволяла изогнуться на старте еще сильнее, то ускорение было бы еще больше.

Ученые надеются, что полученные ими модели можно будет применить не только в биомеханике, но и для разработки и оптимизации деталей гидротурбин.