Anzeige
Catch a glimpse of a fish's body shape, and you can often guess how speedy it is. Tuna and mackerel look as if they should outpace frilly reef fish and eels. But how have all of these diverse body shapes evolved? Have fish bodies been shaped by the hydrodynamics of their environment or did they evolve for other reasons?
Turning to computational fish for answers, professor of Civil Engineering Fotis Sotiropoulos, along with postdoctoral researcher Iman Borazjani, from the university’s St. Anthony Falls Laboratory decided to race hybrid and realistic fish in a massive parallel computer cluster to find out what influence the aquatic environment has had on fish shapes and swimming techniques.
But building the computational fish was far from straightforward. ”We started this work over five years ago,“ says Sotiropoulos. "It was a challenge because we had never simulated anything living before."
Borazjani explains that the hydrodynamic forces exerted on swimmers vary enormously depending on their size and speed. Knowing that mackerel and eels swimming in water generate and thus experience different hydrodynamic environments, the duo simulated these different environments by varying tail beat frequencies and fluid viscosity (syrupiness).
Building two computational mackerels (one that beat its tail like a mackerel and a second that wriggled like an eel) and two eels (one that wriggled and another that beat its tail like a mackerel), the engineers set the fish racing from standing starts and noted how they performed.
The results showed clearly that all fish swam more efficiently if they had the body form or swimming style appropriate to the speeds at which they swam. For example, a lamprey that needed to swim faster could gain efficiency—which for a real fish would mean tiring less quickly—if it changed its shape or swimming style to mimic a mackerel. And a mackerel that had to move slowly would be more efficient if it could change shape or swimming style to mimic a lamprey. This is evidence that a fish’s optimal range of swimming speeds generates hydrodynamic forces that influence the shape and swimming style it will evolve.
“From these experiments, we can deduce that real mackerel and eel's swimming styles are perfectly adapted to the hydrodynamic environments that they inhabit," says Sotiropoulos. The method could be adapted to study how a fluid environment molds the evolution of other organisms and to design robots that would swim at different speeds or in water of different viscosities, the researchers say.
The full article can be found on the Journal of Experimental Biology Web site: http://bit.ly/b2ZqeY
More information about professor Sotiropoulos’ research at the St. Anthony Falls Laboratory can be found at www.safl.umn.edu.
Ryan Mathre | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.safl.umn.edu
www.umn.edu
Weitere Berichte zu: experimental > hydrodynamic environment > Hydrodynamics > swimming techniques > synthetic biology > syrupiness > water movements
Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert
08.02.2012 | Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
Obstacles No Barrier to Higher Speeds for Worms
08.02.2012 | New York University
Wissenschaftler beobachten, wie Oxytocin zentrale Schaltstellen im Gehirn erreicht und das Verhalten beeinflusst
Kuschelhormon, Treuehormon, Angstlöser – häufig gebrauchte Schlagwörter für das Neuropeptid Oxytocin, das sich in den letzten Jahren als ein Stoff erwiesen hat, der unser Verhalten in zentralen Regionen des Gehirns positiv beeinflussen kann. Was jedoch bisher völlig unklar war: Wie gelangt dieser Botenstoff aus dem Hypothalamus in die Hirnbereiche, die ...
Ein neuartiger Biopolymer-Film aus Lachs-DNA mit Silber-Nanopartikeln speichert Informationen kostengünstig und umweltverträglich.
Entstanden ist das organische System in fächer- und länderübergreifender Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des DFG-Centers for Functional Nanostructures (CFN) am KIT und des Institute of Photonics Technologies an der National Tsing Hua University in Taiwan. Der DNA-Datenspeicher eignet sich unter anderem für biotechnische Anwendungen, etwa als Bauteil in Biosensoren.
Das System ...
Bildveröffentlichung der Europäischen Südsternwarte (Garching) - Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben das bislang detailreichste Infrarotbild der Sternkinderstube des Carinanebels aufgenommen. Es zeigt vor dem spektakulären Hintergrund einer himmlischen Landschaft auf Gas, Staub und jungen Sterne zahlreiche nie gesehene Details und zählt zu den atemberaubendsten VLT-Bildern überhaupt.
Im Herzen der südlichen Milchstraße, im Sternbild Carina (Der Schiffskiel, [1]), befindet sich in einer Entfernung von etwa 7500 Lichtjahren die Sternkinderstube des Carinanebels. Diese ausgedehnte Wolke aus leuchtendem Gas und Staub ist von der Erde aus gesehen eine der nächstgelegenen Geburtsstätten massereicher Sterne.
Der Nebel beinhaltet einige der hellsten und ...
Auf der embedded world identifizieren Wissenschaftler der Fraunhofer ESK Lücken im Funkspektrum, um diese für zusätzliche Übertragungen zu nutzen.
Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.
...
Eine Puppe in der Puppe und noch eine drumherum – so erklärt Thomas Fässler seine Moleküle: Er packt ein Atom in einem Käfig in noch ein weiteres Atomgerüst.
Mit ihrer großen Oberfläche könnten solche Strukturen als hocheffiziente Katalysatoren dienen. Wie bei dem russischen Holzspielzeug sitzt ganz innen drin ein einzelnes kleines Zinnatom, eingepackt in eine Hülle aus zwölf Kupferatomen, und diese ist nochmals umgeben von weiteren 20 Zinnatomen.
In der Arbeitsgruppe von Professor Fässler am Institut für Anorganische ...
Anzeige
Anzeige

Zwerggalaxie hat großen Hunger
08.02.2012 | Physik Astronomie
Anti-Angst-Hormon Oxytocin wird gezielt an seine Wirkorte im Gehirn transportiert
08.02.2012 | Biowissenschaften Chemie
Obstacles No Barrier to Higher Speeds for Worms
08.02.2012 | Biowissenschaften Chemie
»Jede Sekunde zählt« Erster Internationaler Kongress zu Rettungsdienstsystemen in Neu Delhi
08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Bauwerke gebrauchstauglich halten
08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft im Dialog-Veranstaltungen im Wissenschaftsjahr 2012
08.02.2012 | Veranstaltungsnachrichten