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[子育て]魚はどのように周囲の環境を認識するか

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写真出処:ウィキメディア

魚は側線を使用して餌や、同族と、捕食者の動きに応じて変化する水の流れを感知する。

側線は魚類の体の両側に頭から尾部に至るまで線状に配列されている機械的感覚器に物体や他の生物を検出したり、水流の変化を甘受する触覚機関である。

魚はサイドラインにある非常に小さなサイズの感覚器官を利用して、正確に方法を見つける。 しかし、水の流速が速くなると、ノイズも増加する。

本大学の科学者たちは、最初の実際の魚と似た3次元モデルを作成出し、実際の水が流れているときの条件を正確に実装やり遂げた。

これを用いた実験環境で測定された数値は、魚の特定の解剖学的な適応がノイズを最小限にすることが分かった。 これらの実験の結果は、学術誌「The Journal of the Royal Society Interface」に掲載された。

アブラハヤはゆっくり流れる川の下に生息する魚なのに。 アブラハヤは、ほとんどの魚と同様に、サイドラインを使用して、水の流れを感知する。

この機関の機械的感覚受容器は、ボディ表面全体に均等に分布しており、これらの特性がすぐに魚が水の3次元的流体力学のイメージを構築することができる理由である。 魚は、これらの特徴を利用して、暗い場所でも道を探して餌と同族、あるいは捕食者を識別する。

本大学で最近引退した動物の教授であるホストブルレクだけは魚の側線を研究するのに数年という時間を過ごしこれにより、明らかに結果を活用した。

活用分野は、配管漏れ部分を把握するのに利用できるように流体の流れを技術的に把握するセンサーのためのアイデアを考案し、最初の現実的な3次元コンピュータモデルが誕生する。

ヘンドリックヘルツォーク博士とアレクサンダーツィーグラー博士は、このように二人の科学者たちは、魚の側線の研究を新たな次元に引き上げた。

これら最初の魚羽目板の現実的な3Dコンピュータモデルを構築し、これを利用し、センサの周りに流れる流速の状態を精密に分析した。

ヘルツォーク博士はアブラハヤの頭がサイドラインの感覚器官が特に複雑な形状を目立つ所だアブラハヤの頭部のサイドラインを研究するために多くの努力を傾けたと発表した。

魚の側線には二種類の感覚器官があるが、これらのいくつかは、小さなこぶのように肌から飛び出した部分もある。 残りの感覚器官は、頭の骨に沿ってくぼみえぐらいるところ位置し、小さなサイズの細孔に魚のボディの外側を流れる水と接した。

淡水エビのような餌が魚の近くにある場合、近くの水流と水圧が変化して、魚は側線の数多くの感覚器官を介してこれを感知する。 しかし、このように変わる水流を検出する側線の実際の機能については、これまで明確に確立された研究結果が存在していなかった。

二博士が開発した3次元モデルは、ヴェストない大学の応用科学所属バジェットクラインから支持を受けた。

クラインは、動物学での彼の卒業論文で3D再構築の様々な方法に対して比較した。

彼はアブラハヤの頭を様々な角度から撮って残した350枚の写真でアブラハヤの姿を3D形象化したモデルを作った。 感覚器官のある溝やサイドラインの感覚器官は、その構造を明確に示すために異なる色で表示された。

クラインは、後に多くの高解像度レーザースキャニング手順を使用してアブラハヤをデジタル化する方法でデータセットを最適化させた。

このように、実際のと同じアブラハヤの姿が誕生することができたが、アブラハヤの内部の様子は、他の方法で構築された。

アブラハヤの皮膚の下の構造は、マイクロCT撮影技法で構築されることがあったが、これらの方法を総合的に使用して、実際のと似た三次元羽目板モデルが作成されることがあった。

これらの実際のと同じモデルを用いて、水流の様々な条件をシミュレート上で構築することがあり、様々なセンサーを使用して検出された流体力学的信号を算出こなすことができた。

水流速が速くなると、魚の側線に取れるノイズ信号も大きくなる。 これらの条件にもかかわらず、魚は、高速有の中でも周囲の環境を正確に認知するのに、これは3次元モデルを用いた数値計算の結果、皮膚上に凸の膨らみこぶのような感覚器官で流速がかなり遅くなるからであるという事実が明らかになった。

ヘルツォーク博士は、これらの理由から、魚が急速に流れる水の中にあっても、ノイズではなく、餌などの周辺環境要素からの信号が感覚器官に大きく検出されると明らかにした。

頭の骨に沿って、またはホームにある感覚器官は、感覚器官があるホームの直径がそれぞれ違って、各感覚器官が最も敏感に感知することができる流速がそれぞれ異なっている。

これを応用すれば、水中ロボットの道を見つけるの機能が大幅に向上することができる。

ツィーグラー博士は「このような体系的なアプローチを使用すると、将来的には、非常に高いレベルでいくつかの種類の魚の比較解剖学的研究が可能になるだろう」と述べた。

ヘルツォーク博士はアブラハヤの感覚器官からインスピレーションを得た応用技術を使用すると、水中ロボットが流速センサーを使用して、水の中で自主的に道を探していく能力が非常に高いレベルまで改善されることも可能であると明らかにした。

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