Биология. В 3-х томах. Т. 3

У любого процветающего организма мы находим множество адаптаций к условиям среда, и рыбы не составляют исключения. Тело у большинства рыб имеет весьма обтекаемую форму, заострено с обоих концов. Благодаря этому поток воды легко огибает тело и сопротивление при движении сведено к минимуму. У рыбы нет выступающих частей тела, за исключением плавников, и, по-видимому, чем быстрее плавает рыба, тем более совершенна ее обтекаемая форма. Чешуя у хрящевых и костных рыб смазывается выделениями кожных желез, что тоже уменьшает трение между телом и водой. Еще одной общей адаптацией для лучшего передвижения в воде служат плавники. Непарные плавники, расположенные вдоль средней линии тела, помогают стабилизировать тело рыбы, в то время как парные (грудные и брюшные) используются для руления и балансирования; хвостовой плавник вместе с парными обеспечивает продвижение рыбы вперед через толщу воды. Детально работа плавников будет рассмотрена в последующих разделах.

17.7.2. Локомоция рыб

Продвижение вперед происходит благодаря миотомам-сегментарным блокам мышц-антагонистов, расположенным по обе стороны позвоночника. С наружной стороны каждый миотом имеет зигзагообразную форму, а внутри прикреплен к двум смежным позвонкам. Позвоночник в целом представляет собой длинный гибкий тяж, который легко изгибается при сокращении миотомов, лежащих по одну сторону от него. Миотомы с обеих сторон позвоночника сокращаются и расслабляются поочередно, их сокращения начинаются от головы рыбы и распространяются к хвосту. Благодаря этим сокращениям создаются волнообразные изгибы, число которых тем больше, чем тоньше и длиннее тело.

Рис. 17.40. Сравнение кузовкового (а), скумброидного (б) и угревидного (в) типов локомоции

У рыб с очень компактным телом, таких как Ostracium

(кузовок), такое волнообразное движение всего тела практически невозможно и продвижение вперед приблизительно на 80% осуществляется за счет боковых изгибов хвоста и хвостового плавника. Этот способ локомоции называется кузовковым. Для более удлиненных форм, например акул и большинства костных рыб, характерна скумброидная локомоция. У них волнообразные движения совершает задняя половина тела. Угревидная локомоция характерна для угрей, у которых тело очень длинное и по нему пробегает несколько волн сокращения, так что разные участки тела изгибаются вправо и влево одновременно.

Перемещение тела вперед, как правило, является результатом боковых движений хвоста с прикрепленным к нему хвостовым плавником. При этом хвостовой плавник слегка изгибается и с силой отталкивается от относительно вязкой воды. Силу, приложенную к телу, можно разложить на составляющие, направленные вперед и вбок. Передняя составляющая проталкивает рыбу сквозь толщу воды, в то время как боковая заставляет голову рыбы отклоняться в сторону, противоположную движению хвоста; эта вторая сила создает боковое сопротивление (рис. 17.41). Однако боковому движению противодействует инерция воды, окружающей относительно массивную (по сравнению с хвостом) переднюю часть тела и имеющий большую площадь спинной плавник. В воде для смещения тела вбок потребовалось бы значительно большее усилие, чем для проталкивания его вперед. Величина силы, с которой хвост и хвостовой плавник отталкиваются от воды, зависит от скорости их работы, площади их поверхности и угла, под которым они распола-гаются по отношению к потоку воды.

Рис. 17.41. Силы, создаваемые хвостовым плавником акулы при движении его из стороны в сторону

17.7.3. Локомоция хрящевых рыб (акул)

Акула тяжелее морской воды, и если она перестанет плавать, то начнет опускаться на дно. Чтобы этого не произошло, парные грудные и брюшные плавники работают как гидрокрылья. Они могут поворачиваться под различным углом к длинной оси тела, когда рыбе нужно подниматься или опускаться в толще воды. Когда плавники расположены под определенным углом, силу, которую они создают, можно разделить на составляющие — подъемную силу, направленную вверх, и лобовое сопротивление, направленное назад (рис. 17.42). Однако тяга, развиваемая хвостом, значительно превышает лобовое сопротивление, и им можно пренебречь. У акулы гетероцеркальный хвостовой плавник — его брюшная лопасть больше спинной. Когда хвост движется в сторону, создаваемую им силу можно разделить на вертикальную составляющую (отрицательную подъемную силу) и боковую составляющую. Положительная подъемная сила на переднем конце тела уравновешивается отрицательной на заднем конце.

Рис. 17.42. Работа парных грудных и брюшных плавников, а также гетероцеркального хвостового плавника у акулы, создающая подъемную силу