הידרודינמיקה של השחייה בעופות מים
במהלך האבולוציה מצאו עופות צוללים את שביל הזהב בין הצורך לעוף באוויר ולצלול מתחת למים. במערכת המחקר של ד"ר גל ריבק, הנמצאת בגן הזואולוגי, נחקרות ההתאמות הביו-מכאניות, הפיזיולוגיות וההתנהגותיות לשחייה תת-מימית של עופות מים.
חוקר ראשי: ד"ר גל ריבק
סטודנטית: הדר צילאג
כדי לעוף ביעילות, מבנה הגוף של הציפורים עבר התאמות להפחתת משקל הגוף. התאמות אלו כוללות: 1) עצמות חלולות, 2) שקי אוויר שממלאים חלק נכבד מנפח הגוף, 3) בידוד תרמי באמצעות נוצות, הכולאות אוויר בסמוך לעור ומשמשות לבידוד במקום שומן תת-עורי הכבד בהרבה. התאמות אלו גורמות לכך שצפיפות גופן של הציפורים נמוכה מאוד ביחס לחולייתנים אחרים ולכן הן צפות על פני המים. מינים רבים של עופות מים מנצלים תכונה זו כדי לשוט ללא מאמץ על פני המים, אולם כוח הציפה מקשה מאוד על השחייה מתחת לפני המים, מפני שהוא דוחף את בעל החיים חזרה אל פני השטח. הקושי בתנועה תת-מימית מועצם מכך שהיא נעשית תוך כדי עצירת נשימה (צלילה), ולכן על התנועה להיות יעילה עד כמה שאפשר.
במערכת שהוקמה במיוחד לשם כך בגן הזואולוגי חוקרים ד"ר גל ריבק וחברי מעבדתו (המעבדה לביומכניקה של תנועה בבע"ח) את ההתאמות הביו-מכאניות, הפיזיולוגיות וההתנהגותיות לשחייה תת-מימית בעופות מים. במסגרת מחקרים אלו נבדקים בברווזים: 1) תנועות השחייה, בדגש על מידול הכוחות ההידרודינמיים, שהברווזים מייצרים כדי לנוע מעל ומתחת למים ביעילות; 2) הדרישות האנרגטיות לשחייה מעל ומתחת לפני המים; 3) ההבדלים בהתאמות לשחייה בין ברווזים המגבילים עצמם לתנועה על פני המים ובין מיני ברווזים המשיגים את מזונם בצלילה אל מתחת לפני המים.
המחקר כרגע מתמקד בברווזי מנדרין (Aix galericulata) ובצוללי ביצה (Aythya nyroca). בעוד שהראשונים נמנים עם ברווזי העצים, המוצאים את מזונם ביבשה או בשחייה על פני המים, האחרונים נמנים עם הברווזים הצוללים, המוצאים את מזונם בצלילה אל קרקעית האגמים או הבריכות שבהם הם חיים. המחקר משווה את תנועות הרגל המניעות את שני מיני הברווזים על פני המים ובזמן צלילה. לשם כך, צריך היה לאלף את ברווזי המנדרין לצלול מתחת למים. מערכת המחקר בנויה משתי בריכות גדולות: בריכה אחת עמוקה, שבה נעשים ניסויים של צלילה אנכית מפני המים אל הקרקעית ובריכה שנייה ארוכה, שבה נמדדת השחייה האופקית על פני המים ובצלילה.
את הברווזים אילפו לנוע מצד אחד של הבריכה לצד השני ובשלב הבא הוספו מכשולים אותם ניתן לעבור רק בצלילה (סרט מנדרינים עוברים מכשול). באופן דומה הברווזים למדו לצלול למזון שנמצא בקרקעית הבריכה (סרט מנדרינים צוללים).
תנועות השחייה מצולמות מתחת למים באמצעות מצלמות מיוחדות, המאפשרות לנתח את תנועת הרגל במרחב ואת המידע להכניס למודלים המחשבים כוחות הידרודינמיים וצריכת אנרגיה.
