Стихийные бедствия, такие как ураганы, часто оставляют после себя разрушения. Жители, живущие в пострадавших районах, иногда вынуждены переселяться или нуждаются во временном убежище, пока их дома или даже районы ремонтируются или перестраиваются.
Но что, если вы рыба, а ваш дом - коралловый риф?
Исследователи по всему миру ищут способы помочь находящимся под угрозой исчезновения рифам и животным, которые там живут, противостоять погодным явлениям или оправиться от них, включая обесцвечивание и штормы, которые могут возникнуть при повышении температуры воды.
Одна из идей состоит в том, чтобы использовать модели кораллов, напечатанные на 3D-принтере, для замены или дополнения систем коралловых рифов, которые пострадали.
Новое исследование, проведенное Даниэль Диксон из Университета Делавэра и выпускницей UD Эмили Рул, показало, что напечатанные на 3D-принтере объекты не влияют на поведение коралловых рыб-ласточек или на выживание оседающих каменистых кораллов.
Кроме того, исследование показало, что рыбы не отдают предпочтения материалам, используемым для 3D-печати искусственных кораллов, что открывает двери для использования экологически безопасных материалов, таких как биоразлагаемый кукурузный крахмал вместо пластика.
В связи с растущими опасениями по поводу загрязнения морской среды пластиком, это своевременное доказательство, которое может поддержать экологически сознательные решения о том, что выбрасывать в океан.
Исследователи сообщили о своих результатах в PLOS One, рецензируемом журнале с открытым исходным кодом.
Тестирование 3D-печатных материалов
Как и другие, изучающие эту проблему, Диксон и Рул ищут способы удержать подходящих животных на рифе после чрезвычайной ситуации для восстановления сил. Одним из важных соображений является знание того, что любой материал, напечатанный на 3D-принтере, не нанесет вреда кораллам и не окажет негативного влияния на поведение рыб.
«Если рыба на рифе не будет использовать модели кораллов, напечатанные на 3D-принтере, в качестве среды обитания в дикой природе, это может подвергнуть их большему риску хищничества со стороны других более крупных видов», - сказал Диксон, доцент. в Школе морских наук и политики Колледжа Земли, океана и окружающей среды UD. «Если личинки кораллов не поселятся на материалах, напечатанных на 3D-принтере, они не смогут восстановить риф».
В лабораторных экспериментах исследователи изучали поведение личинок кораллов-ласточек и горчичных кораллов в присутствии кораллового скелета и четырех моделей кораллов, напечатанных на 3D-принтере из разных нитей. Сине-зеленая ласточка (Chromis viridis) - это распространенная связанная с кораллами рыба, обитающая в Индийском и Тихом океанах, а кораллы горчичного холма (Porites astreoides) - это каменистые кораллы, обитающие в Карибском море.
3D-модели кораллов были созданы путем воспроизведения скелета коралла с использованием 50 изображений коралла, сделанных на iPhone со всех сторон, и 3D-принтера. Исследователи напечатали на 3D-принтере четыре разные модели искусственных кораллов из недорогих, широко доступных нитей, включая полиэстер и два биоразлагаемых материала, один из которых сделан из кукурузного крахмала, а другой - из кукурузного крахмала в сочетании с порошком из нержавеющей стали.
Исследователи поместили ласточек в аквариум, наполненный коралловым скелетом и четырьмя вариантами искусственной среды обитания, в так называемом эксперименте по выбору в стиле кафетерия, и изучали, предпочитает ли рыба одну среду обитания другой.
Анализ поведения показал, что ласточки не отдавали предпочтения между природным коралловым скелетом и коралловыми материалами, напечатанными на 3D-принтере. Уровень активности рыб, такой как частота движений и расстояние, пройденное рыбой в аквариуме, также оставался неизменным независимо от того, какая коралловая среда обитания им была предоставлена.
Руль сказала, что была удивлена тем, что рыба ведет себя так же рядом с искусственным кораллом, даже если присутствует натуральный коралловый скелет.
«Я думала, что естественный скелет вызовет более послушное (то есть принимающее) поведение по сравнению с объектами, напечатанными на 3D-принтере», - сказала Рул, получившая степень магистра морских биологических наук в UD в 2018 году. «Но тогда мы поняли, что маленьким рифовым рыбам все равно, искусственная среда обитания или карбонат кальция, они просто хотели защиты».
Лабораторные эксперименты исследователей также показали, что личинки горчичного коралла оседают гораздо быстрее на поверхности, напечатанной на 3D-принтере, по сравнению с теми, кто вообще не имеет такой поверхности, что могло бы произойти, если бы риф был сплющен во время шторма.
Это многообещающая новость, поскольку и рыба, и кораллы, обитающие на рифах, являются уязвимыми видами животных, что делает их хорошим показателем для понимания того, как другие рифовые организмы будут реагировать на материалы, напечатанные на 3D-принтере в открытом океане.
По мере деградации коралловых рифов они часто теряют структурную сложность, что является проблемой для рифовых рыб, которые за всю свою жизнь редко удаляются от дома более чем на 15 футов. Без надлежащей среды обитания молодь рыбы, связанная с коралловыми рифами, не вырастет до более крупной рыбы, а без более крупной рыбы, которая питается водорослями-конкурентами, водоросли могут перерасти живые кораллы, вызывая разрушение и подвергая риску всю экосистему.
В ходе текущей работы исследователи анализируют полевые данные с Фиджи, где они использовали напечатанные на 3D-принтере кораллы и плитки из биоразлагаемых нитей кукурузного крахмала после того, как определили, что они безопасны в использовании. Они анализируют то, что осело на искусственной плитке, с прицелом на методы, которые будут способствовать усилиям по сохранению.
«Предложение мест обитания, напечатанных на 3D-принтере, - это способ предоставить рифовым организмам структурный стартовый набор, который может стать частью ландшафта, поскольку рыбы и кораллы строят свои дома вокруг искусственных кораллов», - сказал Диксон. «А поскольку материалы, которые мы выбрали, являются биоразлагаемыми, искусственный коралл со временем естественным образом разлагается по мере того, как живой коралл зарастает».
Кроме того, модели кораллов, напечатанные на 3D-принтере, могут быть полезны в качестве контрольного элемента для лабораторных исследований, связанных с рыбами, что позволяет исследователям предоставить каждой рыбе одинаковую среду обитания, что в настоящее время невозможно при использовании коралловых скелетов, Диксон. сказал..
Рул, который проводил первоначальное исследование вместе с Диксоном, будучи аспирантом UD, теперь работает биологом-исследователем в Центре инженерных исследований и разработок Инженерного корпуса армии США в Миссисипи. Там Рул изучает поведение и познание пресноводных рыб, чтобы найти способы смягчить воздействие инвазивных видов, таких как азиатский карп. Это роль, которую она получила с помощью другой выпускницы CEOE Кейти Покживински, иллюстрируя силу сети выпускников Blue Hen. В будущем Рул хотел бы стать офицером Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).