野生のアオウミガメ (Chelonia mydas) の遊泳運動学に関する新たな洞察

Scientific Reports volume 12、記事番号: 18151 (2022) この記事を引用

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生体力学的には、ウミガメは移動に必要な力を生み出すために前肢を滑空したり羽ばたかせたりするため、海の鳥として認識される可能性があり、ウミガメは研究対象として興味深い動物となっている。 しかし、絶滅危惧種であるため、ウミガメの生体力学を研究することは、技術的にも倫理的にも、混乱を引き起こすことなく解決する必要がある複雑な問題となっています。 この研究では、オーストラリアのグレートバリアリーフで野生のウミガメを邪魔することなく水中ドローンを使用して撮影することにより、野生のウミガメの完全な三次元運動学を開発するための斬新で非侵襲的な手順を開発しています。 私たちは、野生動物が飼育下の幼体を対象としたこれまでの研究とは大きく異なる泳ぎパターンを持っていることを発見した。 私たちの調査結果は、足ひれが閉ループの軌道をたどり、足ひれの先端を甲羅の中心に向かって長くスイープさせて拍手動作を生み出すことを示しています。 これを「スイープ ストローク」と名付け、前述の 4 段階モデル​​とは対照的に、5 段階のサイクル水泳移動モデルを作成します。 ここで紹介したモデルは、ウミガメの推進方法とその流体と構造の相互作用をより深く理解することにつながる可能性があります。

ウミガメの運動生体力学は、前肢を滑空したり羽ばたかせて移動に必要な力を生み出すという点で、鳥類と類似点があります。 実際、最近の研究では、系統学的分析により、カメが鳥の姉妹グループであることが示されています1。 ただし、空中に留まるために揚力の生成が必要な鳥とは異なり、ウミガメは浮力を調整してほぼ完全に中性浮力になることができます2。 したがって、揚力の発生は浮力で十分であるため、完全に必要というわけではありません。 カメが泳ぐために生成する前方推進力は、ほぼ完全にダウンストローク中に、反った翼型のひれを使用して発生することが示されています。 ダウンストロークはアップストロークの 2 倍の速度であると以前に説明されており、通常は 8 の字パターンを生成します 3、4、5、6。 これまでの研究では、ウミガメが泳ぐために必要な流体力学的負荷を生成できるように、胸びれの迎え角 (AOA) を適用していることが一般的に示されています 3,4。 ただし、フリッパーは前肢のひねりによって翼幅全体に可変 AOA を生成するため、これは完全に正確というわけではありません。

ウミガメは移動性の種で、端から端まで何千キロも移動します7、8、9。 ウミガメの遊泳運動を数学的に表現できれば、ウミガメの遊泳スタイルが回遊の成功の要因であるかどうかを解明するのに大いに役立ちます。 これまでの研究では、カメにインスピレーションを得た水泳スタイルの単純化された 2 次元モデルが適用されてきました 10、11、12。 しかし、推進力に影響を与える流体力学的特徴は運動学に大きく依存しており 13、14、15 、これはこれまでに行われた研究が推進機構の説明に役立つ初歩的なアプローチを提供している一方で、関連するすべての要因が含まれているわけではないことを示唆しています。 さまざまな研究により、ウミガメの自然な移動運動が説明されています3、4、16、17、18、19、20。 しかし、これらの研究では、パターンを数学的な形式で説明せずに、監禁されている若い青少年に関するデータを収集することがよくありました。 したがって、野生のウミガメの自然な遊泳の特徴は、飼育下の幼体と異なるかどうかも含めて、まだ不明です。

カメの自然な足ひれのパターンを記述する数学的モデルの開発は、いくつかの理由から非常に複雑です。 困難の中で最も複雑な問題は、周囲の環境が異常な遊泳パターンを強制しないようにするために、自然の生息地内からデータを収集することから生じます。 X 線移動形態再構成 (XROMM)21,22 などの現在の最先端技術では、海洋環境でのセットアップが非現実的または不可能となる独自のセットアップが必要です。 このような技術は非現実的であるだけでなく、生物力学を研究するために絶滅危惧種を実験室に入れるために動物倫理の承認を受けることはさらなるハードルを生み出します。