Criatura marina moviéndose a través de movimientos de rotación.

Todos sabemos que la mayoría de las criaturas marinas usan aletas que se mueven de lado a lado o de arriba abajo para impulsarse.

Pero nuestros barcos no hacen eso. Nuestros barcos utilizan hélices, un movimiento de rotación que no se basa en absoluto en la vida marina.

Eso plantea la pregunta: ¿qué tan plausible es que una criatura marina evolucione para "girar" en el agua como método de movimiento?

Por ejemplo, imagine un pez que tuviera un cuerpo que tuviera la forma de una hélice de tornillo (¿quizás varias hélices de tornillo?). Se movería a través del agua "girando en espiral" hacia adelante.

¿Qué escenario resultaría en la evolución de esta criatura marina y, como beneficio adicional, qué tan eficiente es el movimiento del pez sacacorchos en comparación con el método actual de locomoción?

NOTA: La criatura debe ser lo suficientemente grande para ser visible a simple vista (no se permiten organismos microscópicos) Pero si quiere decir que la criatura evolucionó de un organismo microscópico que ya usa dicho enfoque de movimiento si puede hacerlo plausible, siéntase libre .

EDITAR para mayor claridad: puede suponer que hay una gran cantidad de nutrientes disponibles. Condiciones óptimas de crecimiento, incluso puedes asumir que este tipo no tiene depredadores.

Explicación de la etiqueta de verificación de la realidad: dice "si un concepto es realista en un contexto dado", para lo cual el contexto aquí es lo que sea necesario para que suceda.

Hay un buen video de vsauce sobre por qué los animales terrestres no tienen ruedas, y creo que trata los mismos problemas.
@orfby Hay un millón de formas de decir por qué algo no sucederá, según las circunstancias del mundo al que pertenece. Pero el objetivo de esto es comprender una circunstancia en la que SÍ sea posible.
Si es así, ¿por qué la pregunta tiene la etiqueta de 'verificación de la realidad'? Hice ese comentario asumiendo que la etiqueta era indicativa de la pregunta, pero lo siento de todos modos por el comentario inútil.
@orfby Explicación de la etiqueta de verificación de la realidad: dice "si un concepto es realista en un contexto dado", para lo cual el contexto aquí es lo que debe ser para que suceda. Me disculpo por la confusión (pero no editaré la etiqueta por miedo a invalidar las respuestas). Tuve el mismo problema con worldbuilding.stackexchange.com/questions/14807/…
Los peces evolucionaron con un cuerpo aerodinámico y aletas por una buena razón, usan menos energía para moverse a través del agua y también crean menos ruido. Sus "formas de vida marinas sacacorchos" necesitarán perforar la piel gruesa para alcanzar las partes carnosas del animal o para confundir a otros depredadores o tal vez prefieran aparearse de una manera inusual para la reproducción.
No sé lo suficiente sobre esto para publicar una respuesta, pero aquí hay un pensamiento: ¿Por qué necesita tener un movimiento de rotación continuo? Si las palas son flexibles y el puntal está conectado con una rótula, podría girar 180 grados en un sentido, flexionar las palas para el perfil opuesto y girar 180 grados hacia atrás. Sin embargo, sospecho que todavía no es muy eficiente.
No hay ninguna razón por la que tenga que ser un movimiento de rotación continuo. El único requisito era que el movimiento fuera rotativo.

Respuestas (7)

La simbiosis pasa fácilmente por alto la ley de la naturaleza de "no hay movimiento circular continuo" (es decir, nada que requiera un cubo y una rueda).

Tienes un tipo de animal carroñero con al menos dos pies. Tienes una planta/coral vagamente en forma de hélice, que se filtra. El carroñero/cangrejo/molusco/? vive en el centro hueco de la planta, gana protección (como un cangrejo ermitaño).

El reflejo de vuelo de los cangrejos a veces hace girar la planta vagamente en forma de hélice que los aleja de los depredadores y más rápido de lo que el carroñero podría moverse por sí solo. Ahora tenemos una ventaja evolutiva.

Avance rápido un millón de años. Tiene plantas flotantes libres con cuerpos extremadamente bien diseñados para la locomoción "girando" a través del agua, cada una con al menos uno (¿posiblemente una colonia?) De descendientes de los cangrejos, corriendo como locos dentro.

Los cangrejos pueden salir para alimentarse, todos se benefician con protección y locomoción para el cangrejo y locomoción para la planta.

Así que ahora tienes enjambres de vida marina que se impulsan a sí mismos a través del mar girando como hélices.

Actualizar

He estado pensando en esto de vez en cuando.
Podrías tener varias especies de estos evolucionando. Estoy imaginando un depredador que extiende su cabeza y cuerpo frente a la parte de la hélice. Sus muchas patas han evolucionado para caber dentro de la planta y hacerla girar. Todo el conjunto es como un torpedo.
Los ojos y la boca miran hacia adelante como un tiburón, y se dirige flexionando su cuerpo.

¿Cómo proporcionan propulsión los cangrejos que viven en el interior? ¿Están corriendo como una rueda de hámster? Porque no creo que eso funcione bajo el agua.
@Samuel: Supongo que depende de la masa del hámster v de la masa de la rueda.
Realmente no. El hámster seguirá corriendo por el interior de la rueda. Si el hámster es muy denso, todo se hundirá en el agua.
@Samuel: ¿Estás fresando un ":)" allí? Digamos que tenemos un hámster que respira agua, con una rueda de flotabilidad neutra. La presencia de los hámsteres hará que la combinación de hámster+rueda se hunda, a menos que la rueda giratoria provoque la propulsión, donde se moverá a través del agua. El hámster puede moverse hacia la izquierda de la rueda y proporcionar elevación.

Los animales macro no van a hacer esto.

Las criaturas unicelulares pueden hacer esto porque no necesitan suministrar nutrientes al componente rotativo del cuerpo, que provienen del medio circundante. El flagelo utilizado por algunas bacterias es esencialmente un motor rotativo biológico. Probablemente evolucionó a partir de un sistema de secreción de tipo tres , que tiene componentes muy similares.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La escala macro es mucho más difícil de lograr. Las piezas giratorias no existen en la escala macro. Tener todo el cuerpo como sacacorchos no funciona bien porque todavía necesitan alguna forma de empujar para comenzar a girar. Probablemente hayas visto pulpos haciendo algo que parece un tirabuzón en el agua, pero usan propulsión a chorro para ponerse en marcha y, a veces, giran mientras lo hacen.

Tener una parte del cuerpo que gira libremente es un problema. No está bien conectado con el resto del cuerpo. Vasos sanguíneos, tendones, músculos y todo lo que no se pueda usar entre el cuerpo principal y la parte giratoria.

No es más eficiente rotar para macroanimales. Si nos fijamos en las gimnoformas , son una especie de (desde un marco de referencia) que giran parcialmente para lograr la locomoción. Pero rotarse para impulsarse hacia adelante es como agregar un paso innecesario de conversión de energía.

Sin embargo

Puedo imaginar algunos animales pequeños que podrían usar un componente externo, como un caparazón, que harían girar para impulsarse a través del agua. No sería muy eficiente y probablemente solo funcionaría en aguas tranquilas.

Todo el cuerpo no tiene que ser un sacacorchos, solo dije que debería usar dicho mecanismo para moverse, incluso si solo tiene una pequeña hélice en la cola, si puedes hacer que funcione, entonces está bien. De todos modos, actualicé la pregunta para señalar que esto específicamente debe ser una criatura a escala macro (ya sabía que los microscópicos lo usaban, quiero saber si podría ampliarse).
TIny = subcelular aquí. No puedes hacerlo con nada grande.
La parte sobre el uso de un caparazón cuenta como respuesta a la pregunta; +1 por eso.
@Aify, uno puede imaginar fácilmente un apéndice muscular largo que funciona como un flagelo en el agua, simplemente agitándolo en un patrón circular. La cuestión es que ese bicho en particular probablemente se dará cuenta bastante rápido de que solo tiene que moverlo de un lado a otro en un solo plano para que funcione, tal vez ondulando como una anguila o una serpiente.
¿Qué pasa si la parte del cuerpo que gira es esencialmente material "muerto" cuando gira? Podría ser un hueso o un cuerno, crecido bajo una capa de piel protectora y que proporciona nutrientes, que luego podría desprenderse en algún momento una vez que la criatura haya crecido lo suficiente como para comenzar a girar para moverse. Tal vez, como un pájaro bebé, mientras todavía tiene un padre, no tiene necesidad de viajar solo, pero una vez que madura lo suficiente como para dejar a su padre, desarrolla los medios para hacerlo.
Además, si la criatura no viaja todo el tiempo, podría detenerse y suministrar nutrientes a la parte giratoria de su cuerpo por un tiempo (uniendo válvulas de algún tipo de la criatura principal con agujeros en la rueda giratoria, o incluso encerrando su rueda giratoria). en un baño de nutrientes que luego se retira), para luego desconectar cuando llega el momento de viajar. Mientras haga esto periódicamente, la parte giratoria no morirá de hambre.

No puedo ver un camino evolutivo de por qué sucedería esto, pero creo que fisiológicamente es posible.

Considere el brazo humano. La articulación esférica en el hombro permite la circunducción completa del brazo (imagínese dar cuerda y lanzar una pelota de softball o lanzar una pelota de cricket). Si tenemos una criatura submarina con un par de apéndices de la forma correcta y en los lugares correctos, y articulaciones con la articulación correcta, no veo por qué no es posible .

Sin embargo, no veo cuál sería el beneficio evolutivo de esto. Esto parece ser algo más parecido a lo que un científico loco reconstruiría. No sé cuál sería el empuje de tal mecanismo, pero puedo imaginar que los requisitos de energía para la locomoción sostenida del Frankenfish serían bastante altos.

Editar:

Odio decir que algo no es posible. Después de todo, esto es la construcción de mundos . Entonces, intentaré defender la evolución de la locomoción rotacional en un macroorganismo. Por cierto, el mecanismo de movimiento es diferente al que describí anteriormente.

A medida que el nivel del mar ha ido aumentando constantemente y la superficie terrestre ha disminuido constantemente, los mamíferos terrestres, que anteriormente habían evolucionado hacia la tierra , ahora están volviendo al agua . Algunos animales (anfibios, reptiles) obviamente están mejor equipados para lidiar con esto que otros. Pero hay un caso interesante a considerar: el ratón de campo.

Comenzó cuando los ratones de campo tenían que nadar con más frecuencia que antes, de un terreno a otro. Los ratones que terminaron sobreviviendo la mayoría de las veces fueron los que eran mejores nadadores, un rasgo que se determinó principalmente por sus colas . Eventualmente, los ratones terminaron pasando más tiempo en el agua que fuera del agua. Sus características físicas cambiaron a lo largo de los siglos para reflejar sus estilos de vida acuáticos: sus pies se encogieron para reducir la resistencia, podían contener la respiración durante períodos de tiempo increíbles, tenían párpados especiales para poder ver bien bajo el agua y sus colas se volvieron poderosas como un flagelo. -como apéndice para el movimiento.

@Aify, edité mi respuesta para tratar de proporcionar un caso evolutivo para su pregunta.

Lo siento, pero la respuesta es 'no'. La física y la escala son importantes:

Los flagelos son bastante ineficientes: para hacerlos girar, la mayor parte de la fuerza se aplica perpendicularmente a la dirección del movimiento, y cuesta trabajo compensar toda esa fricción. Para Seth : una rata evolucionada nadaría, como cualquier otro mamífero, porque es mucho más eficiente (y también un cambio evolutivo menor). [No sé si esto responde a tu pregunta adicional. Si tuviera más tiempo te arrojaría las ecuaciones pertinentes]

Entonces, ¿por qué las bacterias usan cilios y flagelos en lugar de nadar? La respuesta es el número de Reynolds : un número que describe cuán importantes son los efectos de inercia en los fluidos. El número de Reynolds depende del tamaño, por lo que las bacterias en el agua tienen un número de Reynolds más bajo que las ratas en el agua. En otras palabras, las bacterias luchan por moverse en el agua como tú lo harías en la miel. Las brazadas de natación son simétricas si el tiempo se invierte, y eso significa que no es posible ningún movimiento neto sin inercia (Purcell llamó a eso el teorema de Scallop). Para superar esto, las bacterias utilizan movimientos que no son invariantes en la inversión del tiempo, como la rotación de flagelos (visto al revés, vería el flagelo girando hacia el otro lado). El gasto extra de energía no es gran cosa para las bacterias (viven rodeadas de suficientes recursos), pero sí lo es para una rata u otros seres macroscópicos.

"Los golpes de natación son simétricos si el tiempo se invierte"; esto no es cierto en general. La vieira es un caso especial, e incluso entonces no hay una verdadera simetría de inversión de tiempo. La mitad de su brazada de natación es el movimiento opuesto a la otra, pero se realiza mucho más rápido. Si fuera la misma velocidad, el animal no avanzaría en el agua.
@HughAllen No tener inercia implica que, para el movimiento neto, es irrelevante: si elimina los términos de inercia de la ecuación de Navier-Stokes, ya no depende del tiempo. Más lento o más rápido no importa en absoluto. De nuevo, te recomiendo Purcell's Life con un número de Reynolds bajo.
Incluso si ignoras las variaciones en la velocidad, la mayoría de las brazadas de natación no son lo que Purcell llama "movimiento recíproco". Se refiere a él como "Un tipo especial de movimiento de natación", no el único tipo, y ni siquiera el tipo más popular. Por lo tanto, su afirmación de que "las brazadas de natación son simétricas si el tiempo se invierte" es falsa. Solo es un poco cierto para la vieira, que tiene una forma particularmente simple: dos piezas rígidas unidas por una bisagra.

Un animal que vive dentro de dos caparazones, colocados uno al lado del otro, cada uno con forma de sacacorchos o hélice, podría girar los caparazones sobre su eje común para impulsarse hacia adelante. El animal en sí no necesitaría tener una parte giratoria, solo podría tener seudópodos que agarran el interior del caparazón y giran, como un pulpo saliendo de un frasco.

Imagina si la tapa de este frasco tuviera forma de hélice: https://www.youtube.com/watch?v=IvvjcQIJnLg

Algunos organismos microscópicos utilizan el método del sacacorchos. Aquí hay una página con algo de información y video sobre ellos. No sé qué tan práctico sería escalar, considerando la complejidad del cerebro, los mareos y la sensación de arriba y abajo, el grosor relativo del material (agua) por el que se mueven, etc. Pero los bichos sacacorchos existen. .

El problema es que para una criatura diminuta, alimentar la parte de ti mismo en forma de sacacorchos es tan simple como arrojar nutrientes en el espacio para que las células los absorban. Las criaturas grandes y más complejas necesitan arterias y venas reales para mover los alimentos y eliminar los desechos, y estos se torcerán y rasgarán por el movimiento giratorio.
Si mi memoria (de hace unas décadas) fuera que el sacacorchos es una pieza separada del organismo, muerta como un cabello o una uña, que reside en un alvéolo. Sin embargo, ahora veo el problema: lo más probable es que esa pieza se desgaste con el tiempo y, sin un sistema circulatorio, no se regeneraría. Entonces, otra opción sería que el sacacorchos sea su propia criatura, trabajando en simbiosis con la criatura principal como un barco de guerra portugués (que es una colonia de criaturas que trabajan en simbiosis, si no me falla la memoria).

Daré la respuesta 'no' a esto... la respuesta más obvia es que las técnicas de locomoción que involucran a todo el cuerpo van a ser más rápidas que un pequeño accesorio colgando de la criatura.

  1. La hélice no es un método de transporte terriblemente eficiente. Sin motores para hacer girar estos accesorios, no se mueven demasiado rápido y aceleran terriblemente lento... una criatura con una hélice sería un juego bastante abierto en cualquier mar abierto. El movimiento de natación crea una aceleración mucho más rápida.

  2. Las hélices se diseñaron específicamente para barcos que pueden concentrar una gran cantidad de energía en un área pequeña (un área increíblemente pequeña si consideras lo pequeña que es la hélice para el barco que está propulsando). No puedo pensar en ninguna criatura que pueda sostener las rotaciones que requeriría un accesorio durante el tiempo necesario, ni conozco ninguna criatura que dedique una porción tan pequeña de su cuerpo a la locomoción.

  3. Puntal giratorio de alta velocidad = dañino. Los accesorios están hechos de metales fuertes e incluso estos se astillan con frecuencia. Una hélice de alta velocidad en una criatura sería muy propensa a sufrir daños y cualquier ataque que la dañara la paralizaría gravemente.

Uno de esos casos en los que creo que es bastante factible que pueda existir, pero es tan ineficiente que fácilmente serían presa de especies que poseen una mejor locomoción.

Entonces, ¿qué pasaría si el medio ambiente no tuviera depredadores, tuviera abundancia de nutrientes, etc.? Grr, parece que tengo el mismo problema con las respuestas a esta pregunta que tengo con la otra sobre la evolución de 2 cabezas. Sé que no es probable, quiero un escenario en el que SÍ sea probable.
@Aify: su pregunta es "Eso plantea la pregunta: ¿qué tan plausible es que una criatura marina evolucione para "girar" en el agua como un método de movimiento?" ... si no está buscando plausibilidad sino buscando para el mejor escenario en el que esto podría ocurrir, indíquelo en su pregunta, por favor. Lo intenté, mi primer pensamiento fue la explosión del Cámbrico, donde surgieron algunas formas de locomoción extrañas antes de ser invadidas por métodos más eficientes... pero no puedo encontrar ninguna, simplemente no es un método de locomoción eficiente más allá de microscópico.
Pido disculpas, la pregunta real estaba oculta en el párrafo después de la declaración "plantea la pregunta". He resaltado y redimensionado la pregunta para que sea mucho más... flagrante.
@Aify - jajaja eso funciona. Todavía no puedo hacer que esto funcione en nada que consideremos natural... para obtener un movimiento confiable, este sacacorchos debe girar más rápido de lo que podría generar cualquier criatura marina y no puedo encontrar ninguna precedencia natural a la que referirme. En retrospectiva, son los mismos problemas que vi al intentar diseñar un pájaro propulsado. El movimiento de natación de los peces es muy superior en todas las medidas que podría definir y tienes que conseguir un entorno tan especializado y aislado para que esto ocurra. Desafortunadamente, el único entorno real en el que puedo ver este aumento es en un laboratorio.