菊石不同外壳形状对它们水中运动有什么影响？

菊石属于海洋无脊椎动物的头足类群，目前的成员包括章鱼、鱿鱼和墨鱼。然而，与这些例子不同的是，菊石具有保护性外壳——而这些外壳在整个化石记录中并没有保持一致的形状。

这项研究由博士后研究员 David Peterman 和助理教授 Kathleen Ritterbush 领导，带领犹他大学的一支科研团队确定不同的贝壳形状如何影响动物的运动。为了做到这一点，科学家们创造了自由游泳的机器人菊石。

每一个都由一个带有防水内腔的 3D 打印聚合物外壳组成，内部是电子设备，包括电池、微控制器、电机和叶轮驱动的水泵。还有充气空隙和配重，以复制现有鹦鹉螺的重量分布——它是当今唯一有壳的头足类动物。

它们的贝壳形状包括一个蛇形锥，它结合了紧密的螺纹和狭窄的外壳。一个球形锥体，具有几个厚的螺旋和一个更宽的，几乎是球形的外壳；还有一个介于两者之间的氧锥，它结合了厚厚的螺纹和狭窄的流线型外壳。

每个模型最初被放置在水池中的水下夹具中，然后释放，以便它可以在水中喷射。当它这样做时，它在三维空间中的运动和位置被水下摄像机记录下来。每个模型都有十几个机器人独立运行。

分析镜头时发现，每种形状都有自己的优点和缺点。例如，较窄的外壳产生的阻力较小，并且在直接穿过水中时更稳定。较宽的贝壳虽然使旅行速度较慢，能源效率较低，但可以更容易地改变方向——这一特征可能有助于菊石捕捉猎物或逃避捕食者。

Peterman 表示：“从结果来看，这些外形并没有优劣之分。自然选择是一个动态过程，随着时间的推移而变化，并涉及许多功能权衡和其他限制。外壳头足类动物是研究这些复杂动态的完美目标，因为它们具有巨大的时间范围、生态意义、丰富度和高进化率”。