Биология. В 3-х томах. Т. 3

При движении рыбы по горизонтали вперед на нее могут действовать дестабилизирующие силы трех типов, вызывающие отклонения в направлении (рыскание), в поперечном равновесии (крен) и в положении длинной оси тела (дифферент). Различные плавники обычно поддерживают устойчивое движение рыбы вперед; на рис. 17.43 показаны способы их противодействия разного рода отклонениям.

Рис. 17.43. Отклонения, возникающие при плавании (А), и противодействие им с помощью плавников (Б)

Плавники очень быстро реагируют на любую дестабилизацию. Помогают им в этом системы из трех полукружных каналов, расположенные на обеих сторонах головы. Если возникает малейший нежелательный поворот тела около одной из трех осей, возбуждается соответствующий полукружный канал и от него в головной мозг направляются нервные импульсы. Головной мозг в свою очередь посылает необходимые двигательные импульсы к мышцам плавников, и эти мышцы должным образом изменяют их положение.

17.7.4. Локомоция костистых рыб

У костистых рыб есть орган, называемый плавательным пузырем. Хотя у предковых форм он обеспечивал более эффективное использование атмосферного воздуха для дыхания, у костистых рыб он был превращен в гидростатическое устройство. Плавательный пузырь представляет собой мешок, расположенный между позвоночником и кишкой; он обеспечивает рыбе так называемую "нейтральную плавучесть". Благодаря ему средняя плотность тела становится равной плотности окружающей воды; поэтому рыбе не нужно расходовать энергию на поддержание тела в воде — она может тратить мышечные усилия только на движение.

Появившийся плавательный пузырь освободил парные плавники от поддерживающей функции. Они стали гораздо меньше, чем у акулы, и служат для обеспечения устойчивости или для торможения; в последнем случае они расправляются вертикально под углом 90° к телу. Два грудных плавника могут работать независимо один от другого, и благодаря этому рыба может делать быстрый поворот вокруг одного из них как оси вращения. Когда рыба плывет по прямой, парные плавники плотно прижаты к бокам гела, что делает его более обтекаемым. Появление плавательного пузыря привело к развитию симметричного гомоцеркального хвостового плавника; при отталкивании им от воды основное усилие направлено на продвижение вперед.

Плавательные пузыри бывают двух видов:

1. Открытый плавательный пузырь (например, у золотой рыбки, сельдевых). Он соединен протоком с глоткой, так что воздух может поступать в пузырь или удаляться из него через рот; при этом средняя плотность тела соответственно уменьшается или увеличивается.

2. Закрытый плавательный пузырь (например, у трески). Такой пузырь полностью утратил связь с глоткой. Рыба способна уравнивать плотность тела с плотностью окружающей воды и сохранять нейтральную плавучесть путем автоматического увеличения или уменьшения количества газа в пузыре.

Закрытый плавательный пузырь находится под контролем нервной системы. На его переднем конце расположена газовая железа, обильно снабженная кровеносными капиллярами, которая выделяет в полость пузыря газ, обогащенный кислородом. На заднем конце пузыря находится участок, пронизанный большим числом кровеносных сосудов, где может происходить всасывание газов из пузыря (рис. 17.44). В газовой железе артериальные и венозные капилляры (рис. 17.44) расположены рядом друг с другом. Именно здесь действует противоточная система для ускоренного выделения кислорода в плавательный пузырь. В газовой железе при секреции газа образуется молочная кислота, которая, попадая в венозные капилляры, уменьшает здесь сродство гемоглобина к кислороду (это называется эффектом Рута). В результате этого в венозных капиллярах, выходящих из газовой железы, увеличивается напряжение кислорода — оно становится выше, чем в артериальных капиллярах. Поэтому кислород непрерывно диффундирует из венозных капилляров в артериальные и переходит из них в плавательный пузырь (рис. 17.45). Во время секреции газа газовой железой кровеносные сосуды в заднем участке плавательного пузыря закрываются, так что газ из пузыря не выводится.

Рис. 17.44. Закрытый плавательный пузырь у костных рыб; его расположение (А) и кровоснабжение (Б)

Рис. 17.45. Противоточная система в газовой железе закрытого плавательного пузыря у костистой рыбы. В железе образуется молочная кислота, которая, влияя на свойства гемоглобина, повышает напряжение кислорода в венозных капиллярах. Поэтому кислород диффундирует в артериальные капилляры, оставаясь в петле. Оттекающая от газовой железы венозная кровь содержит меньше кислорода, чем приходящая артериальная кровь. На схеме изображены только один венозный капилляр и один артериальный. Газовая железа содержит множество таких капилляров

17.8. Перечислите адаптации, способствующие эффективному плаванию, у рыб.

17.7.5. Локомоция лягушки