Приспособления позволяющие рыбам расходовать меньше энергии при движении в воде

Учебник. Движение рыб, амфибий и рептилий

Позвоночные – совершенная группа животных, освоившая все три среды: сушу, воду и воздух. К рассмотрению способов передвижения этой группы животных мы сейчас и переходим.

Все без исключения рыбы живут в воде и неплохо научились в ней перемещаться. Обтекаемое тело большинства рыб имеет торпедообразную форму; отсутствие выступающих частей и смазка чешуи сводят сопротивление воды при движении к минимуму. Перемещение тела вперёд происходит за счет боковых движений хвоста. Хвостовой плавник изгибается и отталкивается от воды; продольная составляющая силы сопротивления воды проталкивает рыбу вперёд. У рыб с достаточно длинным телом плыть вперёд помогает не только хвост, но и задняя часть тела. Наконец, у длинных угрей участки тела изгибаются в разные стороны. Изгибы создаются благодаря сокращению миотомов – блоков мышц, расположенных по обе стороны от позвоночника.

Не имеющие плавательного пузыря акулы должны всё время находиться в движении – иначе они опустятся на дно. Их грудные и брюшные плавники при движении создают дополнительную подъёмную силу, под действием которой рыба может подниматься или опускаться в толще воды. Отклонение рыбы от положения равновесия по вертикали выправляется грудными и брюшными плавниками, а по горизонтали – спинными плавниками. Угол крена стабилизируется всеми плавниками сразу. Нервные импульсы, направленные на стабилизацию, поступают из полукружных каналов в головной мозг, а оттуда доставляются к плавникам.

Плавательный пузырь костных рыб обеспечивает нейтральную плавучесть; плотность рыбы равна плотности окружающей воды, и ей не нужно расходовать энергию на поддержание тела в воде. В связи с этим грудные и брюшные плавники стали меньше и служат для обеспечения устойчивости или для торможения (в последнем случае они распрямляются под прямым углом к телу). Независимость работы грудных плавников позволяет рыбе совершать быстрый поворот относительно одного из них. Симметричный хвостовой плавник толкает тело вперёд.

Плавательный пузырь наполнен воздухом, однако процентный состав газов может отличаться от атмосферного. Встречаются открытые и закрытые плавательные пузыри. Первые соединяются с пищеводом; регуляция количества воздуха осуществляется через рот. Вторые с пищеводом не связаны; воздух по мере необходимости поступает в пузырь и всасывается из него через кровеносную систему.

Летучие рыбы могут парить над поверхностью воды

Некоторые рыбы научились ползать по суше (древние кистепёрые рыбы) или летать (например, летучие рыбы). Впрочем, этот полёт ненастоящий : летучая рыба выпрыгивает из воды и за счёт своей скорости пролетает до 200 м. Её плавники при этом создают подъёмную силу, помогающую рыбе некоторое время удерживаться в воздухе. Однако, ни воздух, ни суша не стали для рыб обыденной средой обитания.

После выхода кистепёрых рыб на сушу плавники преобразовались в настоящие конечности. У древних амфибий они прикреплялись к телу сбоку, что давало им возможность ползать, не отрываясь от земли. У более прогрессивных позвоночных обнаруживалась тенденция к смещению конечностей вниз. Тяжесть тела распределялась равномерно между конечностями, и животное тратило значительно меньше энергии на поддержание своего тела.

Парные лапы лягушки фактически являются членистыми рычагами, приподнимающими тело над землёй и обеспечивающими его передвижение. При медленном движении по земле одновременно вытягиваются вперёд конечности, расположенные по диагонали друг от друга; пара конечностей по другой диагонали согнута. Эти конечности подтягивают тело лягушки вперёд, после чего разгибается другая пара конечностей.

Движение рыб, лягушек и змей

При прыжках все суставы задних конечностей разгибаются одновременно. Сила отталкивания в несколько раз больше веса лягушки и вполне достаточна, чтобы лягушка прыгнула вперёд и вверх. Во время приземления короткие передние лапы обеспечивают амортизацию и смягчают удар.

Многие формы амфибий и рептилий неплохо умеют плавать, а для вымерших ихтиозавров и плезиозавров вода и вовсе была естественной средой обитания. Другая древняя форма пресмыкающихся – птерозавры – умели летать, используя машущий полет, а иногда паря на перепончатых крыльях в восходящих потоках воздуха.

Достаточно разнообразны способы перемещения у змей. Обычно они ползут по поверхности со скоростью несколько километров в час, S-образно изгибаясь в горизонтальной плоскости. Движение вперёд обеспечивается за счёт отталкивания задней поверхностью изгибов от неровностей почвы. Ползать по гладкой поверхности змеи таким образом не могут, зато этот способ хорошо подходит для плавания. Способность на длительное время задерживать дыхание существенно облегчает передвижение в воде.

Крупные змеи ползут как гусеницы, за счет волнообразных сокращений подкожных мышц. Щитки на брюхе животного отталкиваются от неровной поверхности почвы, и змея ползёт по прямой. На сыпучих песках змеи используют боковой ход . То передняя, то задняя части тела по очереди перебрасываются вперёд, змея как бы прыгает по песку, держась боком к направлению движения. В заключение заметим, что большинство змей неплохо лазают по деревьям.

Источник

Передвижение рыб

Угорь скользит меж камней и, ускоряясь, одним рывком скрывается в узкой расщелине. В центральной колонне застыла зебрасома, в то время как нахальный губанчик делает резкие выпады, хватая и поглощая небольшими порциями закуску из паразитов. Поодаль, вокруг своего домика из актиний, безучастно взирая на остальных, неспешно плавает рыба-клоун.

Как правило, мы употребляем слово «плавать» для объяснения перемещения рыб под водой, но на самом деле их движения это нечто большее. Да, рыбы плавают, но сказать, что они всего лишь плавают – чрезмерное упрощение. Они ведь так по-разному это делают. Только представьте змееобразных извивающихся рыб, бороздящих океаны тунцов и хрупких морских коньков. Все они являются подтверждением эволюционной уникальности, каждая из которых адаптирована к своему образу жизни. Превосходная обтекаемость форм позволяет рыбам рассекать плотную среду обитания, прорезать это густое вязкое вещество коим является вода.

Читайте: Жена во сне поймал рыбу

Вероятно, было бы более справедливым называть это не просто плаванием, а классифицировать различные его формы. Во многих случаях большую часть массы тела рыбы составляют плавательные мышцы, в то время как внутренние органы, такие как сердце и печень, едва ли не собраны где-то в стороне, как нечто второстепенное.

Когда мы представляем себе плывущую рыбу, многие из нас видят величавые, стремительные движение из стороны в сторону. Их обычно совершают акулы и другие быстрые морские обитатели: сельдь, скумбрия, марлин. И в этом нет ничего предосудительного, потому что этих рыб можно считать эталоном.

Суб-карангиформный и карангиформный тип локомоции

Такая классическая техника плавания носит одно из двух названий, зависящих от того, насколько задействовано тело. Если для продвижения используется большая часть тела, где-то между половиной и двумя третями её длины, тогда рыба имеет суб-карангиформный тип локомоции (subcarangiform). Если мышцы, приводящие тело в движение, перенести на последнюю треть длины тела (в основном хвост), то получится карангиформный тип (carangiform).

Форель и лосось характеризуются суб-карангиформным типом локомоции. Особенности их внешнего строения позволяют длительное время плыть прямиком через озёра или вверх по рекам. Они могут совершать быстрые маневры в случае нападения хищников, во время охоты за добычей или же борьбы с постоянно меняющимися течениями.

Виды, обладающие карангиформной манерой передвижения, лучше подготовлены к длительному быстрому плаванию. Океанические обитатели, такие как барракуда, сталкиваются с различными течениями, с которыми сталкивается и речная рыба. Часто эти рыбы объединяются в огромные косяки, что исключает необходимость совершать резкие выверенные движения в скоростном потоке.

Косяк барракуд (илл. uwphotographyguide.com)

Многие из них, если не все, очень быстры и при необходимости удивительно проворны. Вряд ли читатель наблюдал скумбрию в действии, гораздо более вероятно, он мог ощутить силу и проворство сельди среднего размера, которая попала к нему на рыболовный крючок.

Амииформный тип локомоции

Следующая техника, которую демонстрирует скромный морской конёк, встречается достаточно редко. Её представители демонстрируют амииформную манеру перемещения (amiiform). При этом движения ограничены невероятно быстрыми колебаниями спинного плавника. Для большинства рыб, спинной плавник является единственным плавником в верхней части тела.

У морских коньков, учитывая их необычное вертикальное положение тела, спинной плавник расположен по центру вдоль спины и ориентирован в противоположном от головы направлении. Как таковой, он используется в качестве основного управляющего механизма.

Тем не менее, даже с учетом высоких скоростей, которые морскому коньку дают плавники с их удобным расположением, он представляется весьма жалким пловцом. Его постоянно сносит в сторону малейшим изменением течения, создаваемым более быстрыми собратьями по водоёму.

Тунниформный тип локомоции

Наиболее распространенными мореплавателями считаются, как правило, обладатели тунниформного типа локомоции (thunniforms). Классическим примером является, конечно же, тунец, в честь которого и назван данный тип передвижения. Тунец чемпион среди скоростных пловцов на длинные дистанции. Используя еле заметные движения туловищем, он управляет при этом крупным серповидным хвостом. Моторика хвоста обусловлена поразительно развитой мускулатурой и похожими на провода сухожилиями.

Но дело не только в хвосте. Совершаемые хвостом гребки определяют до 85% движения передней части тела при субкарангиформном, карангиформном и тунниформном типах локомоции.

Полосатый тунец (Katsuwonus pelamis) (илл. portal.nfrdi.re.kr).

Тем не менее, другие плавники также выполняют ряд важных функций. В частности, спинной плавник служит для совершения резких поворотов и торможения. Рыбы, располагающие вторым спинным плавником, используют его также, чтобы совершать рывок вперед. В некоторых случаях он задействуется на 15%.

Анальные плавники выступают в роли тормоза, брюшные обеспечивают и торможение и всплытие, а грудные помогают совершать быстрые повороты. У каждого вида плавников есть своё назначение и зачастую не одно.

Лабриформный тип локомоции

Губаны (Labridae, семейство окунеобразных) демонстрируют технику плавания окунеобразных (лабриформный тип или labriform). Они вращают своими грудными плавниками, как олимпийские спортсмены, плывущие в стиле «баттерфляй». Помимо губанов, многие аквариумные виды рыб могут также её демонстрировать. Важно не путать этот стиль с тем, что используют скаты.

Рейформный тип локомоции

Скаты и, в меньшей степени, спинопёры имеют собственную технику, обозначаемую как скатообразный или рейформный (rajiformes) тип локомоции. Преимущество скатов перед многими другими рыбами состоит в том, что они более гибкие, благодаря хрящевому скелету, который в полной мере способствует подобному передвижению.

В отличие от жёстких плавниковых лучей губанов, скат может изгибать свои «крылья» и совершать замысловатые колебательные движения. Это позволяет оптимизировать процесс отталкивания плавниками от очень большой площади поверхности воды.

Манта или гигантский морской дьявол (Manta birostris).

Острацииформный тип локомоции

В условиях аквариума наблюдатель сможет разглядеть, главным образом, движения грудных плавников, если только аквариумист не содержит ёмкость полную угрей! Два грудных плавника, как правило, наиболее активно используемых, предназначены для совершения координированных движений. Акулам они необходимы в качестве рулей, в особенности, для перемещения вверх или вниз, тогда как значительная часть других рыб всё равно используют грудные плавники для совершения толчков и поступательного движения вперед (острацииформный тип локомоции или ostraciiforms).

Классическим примером последних являются представители надсемейства Кузовкоподобных (Ostracioidea). Семейство Кузовковые (Ostraciidae), например, рыба-собака, типичная таксономическая единица данного надсемейства. Их ключевая особенность заключается в переложении функции руля на хвостовой плавник, в то время как грудные плавники проталкивают тело через толщу воды.

Балистиформный тип локомоции

Парные плавники не обязательно должны располагаться по бокам рыбы. Иглобрюхи и кузовки, любопытные любимчики туристов, используют спинные и анальные, а не грудные плавники, чтобы продвигать тело вперёд.

Читайте: Гороскоп здоровья знака зодиака Рыбы

Эта техника, известная как балистиформное передвижение (balistiform), встречается редко. Тем не менее, её можно наблюдать у спинорога Пикассо колючего (Rhinecanthus aculeatus), либо у широко известной, возможно не только рыбозаводчикам, огромной выразительной Луны-рыбы (Mola mola). Она неспешно передвигается, главным образом, используя спинной и анальный плавники, потому что в процессе эволюционного развития хвостовой плавник был утрачен.

Передвижение спинорога Пикассо колючего (Rhinecanthus aculeatus) по аквариуму. Можно отметить активную работу спинного и анального плавников.

Передвижения рыбы луны, у которой отсутствует хвостовой плавник.

Ангуиллиформный тип локомоции

Наконец, любителя природы ни могут не завораживать гипнотические движения угрей, демонстрирующих ангуиллиформный тип локомоции (anguilliform). Это слово происходит от «Anguis» или «Anguilla», означающие «змея» и «угорь», соответственно. Как змеи, так и угри решили сказать решительное «нет» необходимости иметь конечности для передвижения, по крайней мере, там, где речь идёт о плавании.

Наблюдая за волнообразными движениями их длинного тела, нельзя не отметить чрезвычайно развитую мускулатуру угрей, достойную самых заядлых бодибилдеров. Хотя в некоторых случаях грудные плавники все ещё могут сохраняться, например, у представителей семейства Колючих угрей (Mastacemblidae), они играют незначительную роль в перемещении.

Хвост угрей может быть таким же цепким как хвост обезьяны. Стоит привести в пример мурену, которая способна молниеносно выбрасываться из своего логова и настолько же быстро забираться обратно, прихватив с собой добычу. При этом тело используется для сцепления с неподвижным предметом в норе, что повышает тяговую силу.

Просто удивительно, насколько обладатели ангуиллиформного типа локомоции гидродинамически идеально подходят как для движения вперед, так и назад. Как правило, их тело не покрыто чешуей, либо имеет очень мелкие чешуйки. Это в некоторой степени способствует беспрепятственному передвижению назад, и немного объясняет, почему угри оставляют после себя скользкий след.

Тема передвижения рыб очень сложная и практически неисчерпаемая. Представленная характеристика даёт общее понимание о техниках плавания и того, насколько легко не различать, а принимать все эти типы передвижений как должное.

Помимо описанных в данной статье рыб, также существуют виды с «ногами» и, использующие для передвижения выталкивание струй воды.

Источник

Приспособления, позволяющие рыбам расходовать меньше энергии при движении в воде

Природа поступила очень разумно, когда наделила рыб особыми приспособлениями, помогающими обитателям водоемов, преодолевать сопротивление воды во время движения в ее толщах. Разумеется, есть они и у декоративных аквариумных рыбок.

За сотни миллионов лет, которые существуют рыбы на нашей планете, можно с уверенностью утверждать, что они, как никто другой, в результате своей длительной эволюции обзавелись множеством уловок и «секретов», позволяющих этим удивительным представителям подводной фауны с огромной выгодой для себя использовать свою природную среду обитания. Одним из таких секретов как раз и является способность передвигаться в воде долго и с большой скоростью, не чувствуя при этом усталости и не тратя попусту накопленную энергию.

Способы передвижения рыб, скорость и выносливость

Для рыб характерны такие способы передвижения как плавание, ползание, полет. Нас интересует первый способ, потому что он присущ подавляющему виду рыб. Однако и эти виды тоже могут летать (например, если в панике выскакивают из аквариума от преследующего их хищника) и ползать, когда, плюхнувшись на пол, продолжают движение по суше.

Нас все-таки интересует скорость плавания рыб и их выносливость. Для плавающих рыб, независимо от места их обитания (озеро Титикака или домашний аквариум), характерны четыре вида скорости – бросковая, максимальная, крейсерская, промежуточная.

с бросковой скоростью рыбы кидаются на добычу и спасаются от обнаруженной явной близкой угрозы. Ихтиологи установили, что долго с такой скоростью рыбы плыть не могут – лишь какие-то доли секунды. После броска они снижают скорость движения до максимальной,
на максимальной скорости рыбы «убегают» от пасти хищника. Сохранять ее они способны в зависимости от своего размера и строения от 20 секунд (декоративные аквариумные рыбки) до нескольких минут (более крупные по размеру и развитию мускулатуры обитатели природных водоемов: рек, морей, океанов),
устав, рыбы переходят на крейсерскую скорость, которую способны поддерживать довольно долго,
с промежуточной скоростью (или обычной) рыба не может плавать постоянно, потому что ее поведение в воде постоянно меняется: то она увидела кусочек корма и сделала за ним бросок, то она увидела опасность со стороны крупного соседа по аквариуму, то еще что-то заставило рыбку «переключиться» на другую скорость.

Рыбам, как и нам, людям, присуща одна закономерность: чем быстрее мы двигаемся, тем скорее устаем. Как установили ихтиологи, мелкие рыбки – гораздо более выносливы и их мышцы лучше приспособлены к частому «переключению» скоростей.

Что способствует тому, чтобы рыбы двигались быстро и не утомлялись:

обтекаемая форма тела помогает рыбам набирать большую скорость. Если обитатели аквариума правильно пообобраны и миниатюрным рыбкам ничто не грозит, необходимость прибегать к броскам и максимальной скорости у них если и возникает, то крайне редко, так как владелец аквариум следит, чтобы корма для всех хватало. Так или иначе, в погоне за едой опережают соперников те рыбки, тельце которых имеет вытянутую обтекаемую форму, лучше противостоящую сопротивлению воды. В этой связи нет ничего удивительного в том, что в природе рекордсменом среди рыб по скорости признан парусник, обитающий в западных водах Тихого и тропических водах Индийского океана. Своим названием рыба обязана спинному плавнику в виде паруса. Ученые установили, что эта рыба способна за короткое время развить скорость до 110 км/ч. Из сухопутных животных такая скорость не по зубам даже быстроногому гепарду. Такой прыткостью рыба-парус обязана, в первую очередь, строению своего тела;
выделяемое кожей рыб слизистое вещество снижает силу сопротивления воды. Выделение такой слизистой смазки характерно для большинства видов рыб (морских, пресноводных, промысловых, декоративных). Чем больше слизи выделяется у рыбы, тем быстрее она плавает. Такая естественная смазка сглаживает все неровности на теле рыбы и кратно уменьшает трение тела рыбы о воду;
плавники и хвост способствуют сохранению сил у рыб и экономии энергии,
благодаря жабрам усиливается приток кислорода к сосудам. Они в свою очередь снабжают жабры рыб кровью, что усиливает снабжение кислородом клеток тканей мышц подводных обитателей.

Читайте: Темпура роллы в домашних условиях пошаговый рецепт

Все эти анатомические, биологические и физиологические особенности рыб необходимы им для экономии энергии при неустанном постоянном передвижении в воде.

Источник

Способы передвижения рыб приспособления

Летучие рыбы могут парить над поверхностью воды

Движение рыб, лягушек и змей

Источник