카르만 보행: 소용돌이 거리에서 수영하는 무지개 송어의 새로운 신체 운동학

대부분의 물고기는 평생 동안 불안정한 흐름과 수역 동역학적 섭동을 경험합니다. 이 연구에서는 무지개 송어 Oncorhynchus mykiss가 스스로 생성하지 않은 환경의 소용돌이와 상호작용할 때 자발적으로 신체 운동학을 변경한다는 증거를 제공합니다. 이를 입증하기 위해, 우리는 알려진 유체역학적 웨이크 특성의 변화에 대한 반응으로 축 방향 수영 운동학을 측정했습니다. 우리는 서로 다른 직경의 실린더(2.5 및 5 cm) 뒤에서 두 가지 유속(2.5 및 4.5 L s(-1), L은 총 체장)에서 수영하는 송어와 자유 흐름 및 실린더의 선미 웨이크 속에서 수영하는 송어를 비교했습니다. 실린더 뒤에서 수영하는 송어는 자리를 유지하기 위해 독특하고 이전에 설명되지 않은 이동 패턴을 채택하는데, 이를 우리는 카르만 보행이라고 부릅니다. 이 보행 중에 몸의 진폭과 곡률은 실린더가 없는 동일한 유속에서 수영하는 송어보다 훨씬 큽니다. 테일 비트 주파수는 실린더 뒤에서 감소된 흐름에서 수영하는 송어에게 예상되는 것보다 낮을 뿐만 아니라, 실린더의 소용돌이 분리 주파수와 일치합니다. 따라서 송어는 실린더 뒤에서 제공되는 느린 흐름 속도에 있는 것을 선택하는 것(드래프팅) 외에도, 탈락하는 소용돌이와 동기화하기 위해 신체 운동학을 변경하고 있습니다(튜닝), 이는 추진 이동이 개입되지 않을 수 있는 메커니즘을 사용합니다. 이 행동은 실린더 직경이 물고기 길이에 비해 클 때 가장 독특합니다. 튜닝 중에 송어는 규정된 웨이크 파장보다 긴 신체 파장을 가지며, 이는 신체의 특정 지역만 일관된 방향으로 다가오는 소용돌이에 맞춰져야 한다는 것을 나타냅니다. 우리의 결과는 물고기가 하류 흐름에서 자리를 유지하기 위해 환경에서 생성된 소용돌이의 에너지를 포착할 수 있음을 시사합니다. 흥미롭게도, 실린더 앞에서 수영하는 송어는 다른 처치에 노출된 송어보다 낮은 테일 비트 진폭과 신체 파속도를 보여주며, 이는 선미 웨이크가 송어가 실린더 근처에서 자리를 유지하기에 가장 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 지역일 수 있음을 암시합니다.