俄勒冈大学的科学家发现，胶状海洋动物群利用协调的喷射推进力以巨大的螺旋形状在海洋中游动，这种不寻常的运动方式可以激发高效水下航行器的新设计。

这项研究涉及樽海鞘，这是一种看起来类似于水母的小生物，它们每晚都会从海洋深处到海面。使用特殊相机观察这种迁徙有助于俄勒冈大学的研究人员及其同事捕捉到大型浮游生物优雅、协调的游泳行为。

领导这项研究的俄勒冈大学俄勒冈海洋生物学研究所生物学副教授凯利·萨瑟兰说：“地球上最大规模的迁徙每天晚上都会发生：浮游生物从深海垂直迁移到海面。”“他们每天都使用新颖的流体力学来跑马拉松。这些生物体可以成为如何构建有效穿越深海机器人的灵感平台。”

研究人员的研究结果发表在5月15日的《科学进展》杂志上。该研究包括路易斯安那大学海洋联盟、南佛罗里达大学、罗杰威廉姆斯大学、海洋生物实验室和普罗维登斯学院的合作。

俄亥俄大学生物学兼职教授亚历杭德罗·达米安·塞拉诺(AlejandroDamian-Serrano)表示，尽管樽海鞘看起来与水母相似，但它们是桶状的水状大型浮游生物，与鱼类和人类等脊椎动物关系更密切。他说，它们生活在远离海岸的地方，可以单独生活，也可以群居。群体由数百个个体组成，链子相连，链子长达数米。

“樽海鞘确实是一种奇怪的动物，”达米安-塞拉诺说。“虽然它们与我们的共同祖先可能看起来像一条无骨的小鱼，但它们的血统失去了很多这些特征，并放大了其他特征。这些孤独的个体的行为就像这艘母舰，无性繁殖一系列个体克隆，这些克隆结合在一起形成一个群体。”

但这些海洋生物最独特的一点是在研究人员的海洋探险中发现的：它们的游泳技术。

在探索夏威夷凯鲁瓦·科纳海岸时，萨瑟兰和她的团队开发了专门的3D摄像系统，将他们的实验室带到水下。正如达米安-塞拉诺所描述的那样，他们在白天进行水肺潜水，“沉浸在无限的蓝色中”，以进行高能见度调查。

他们还进行夜间潜水，此时黑色背景可以对透明生物进行高对比度成像。萨瑟兰指出，他们遇到了一大群不同的樽海鞘，它们每晚都会迁徙到海面，还有许多拍照的鲨鱼、鱿鱼和甲壳类动物。

通过成像和记录，研究人员注意到两种游泳模式。较短的菌落像螺旋足球一样绕轴旋转，而较长的链条会像开瓶器一样弯曲和盘绕。这就是所谓的螺旋游泳。

萨瑟兰说，螺旋游动在生物学中并不是什么新鲜事。许多微生物也在水中旋转和螺旋状运动，但樽海鞘运动背后的机制不同。萨瑟兰说，微生物用毛发状的突起或尾鞭击打水，但樽海鞘则通过喷射推进力游泳。达米安-塞拉诺说，它们有收缩的肌肉带，就像人类喉咙里的肌肉带一样，可以将水从身体的一侧吸入并从另一端喷出以产生推力。

研究人员还注意到，各个喷流在不同的时间收缩，导致整个群体不间断地稳定飞行。萨瑟兰说，喷射器也呈一定角度，有助于旋转和线圈游动。

“我最初的反应确实是惊奇和敬畏，”她说。“我会把它们的动作描述为蛇一样优雅。它们有多个单元在不同的时间脉动，形成一个移动非常流畅的完整链条。这是一种非常美丽的移动方式。”

萨瑟兰说，受微生物游泳者启发的微型机器人已经存在，但这一发现为工程师建造更大的水下航行器铺平了道路。达米安-塞拉诺说，如果模仿这些高效的游泳运动员，也许可以创造出安静且不那么混乱的机器人。他说，多喷嘴设计也可能在节省燃料方面具有积极优势。

萨瑟兰说，除了微生物之外，浮游生物等更大的生物体还没有以这种方式进行描述。借助萨瑟兰研究海洋生物的创新方法，科学家们可能会意识到螺旋游泳比以前想象的更为普遍。

萨瑟兰说：“这项研究提出的问题多于提供的答案。”“有一种以前从未描述过的新游泳方式，当我们开始研究时，我们试图解释它是如何工作的。但我们发现还有很多悬而未决的问题，比如这种游泳方式的优点是什么有多少种不同的生物在旋转或螺旋状?”