Присмотритесь к движениям рыбы в воде, и вы увидите, какая часть тела принимает в этом главное участие (рис. 8). Рыба несётся вперёд, быстро двигая вправо и влево хвостом, который оканчивается широким хвостовым плавником. В этом движении принимает участие и туловище рыбы, но в основном оно осуществляется хвостовым отделом тела.
Поэтому хвост у рыбы очень мускулист и массивен, почти незаметно сливается с туловищем (сравните в этом отношении с наземными млекопитающими вроде кошки или собаки), например, у окуня туловище, внутри которого заключаются все внутренности, оканчивается лишь немного дальше половины общей длины его тела, а все остальное есть уже его хвост.
Кроме хвостового плавника у рыбы имеется ещё два непарных плавника - сверху спинной (у окуня, судака и некоторых других рыб он состоит из двух отдельных выступов, расположенных один, за другим) и снизу подхвостовой, или анальный, который называется так потому, что сидит на нижней стороне хвоста, как раз позади заднепроходного отверстия.
Эти плавники препятствуют вращению тела вокруг продольной оси (рис. 9) и, подобно килю на корабле, помогают рыбе сохранять в воде нормальное положение; у некоторых рыб спинной плавник служит и надёжным орудием защиты. Такое значение он может иметь в том случае если, поддерживающие его плавниковые лучи представляют собой твёрдые колючие иглы, препятствующие более крупному хищнику проглотить рыбу (ёрш, окунь).
Затем мы видим у рыбы ещё парные плавники - пару грудных и пару брюшных.
Грудные плавники сидят выше, почти по бокам тела, а брюшные более сближены между собой и расположены на брюшной стороне.
Расположение плавников у различных рыб неодинаково. Обыкновенно брюшные плавники находятся позади грудных, как мы видим это, например, у щуки (брюхопёрые рыбы; см. рис. 52), у других рыб брюшные плавники переместились на переднюю часть тела и находятся между двумя грудными (грудопёрые рыбы, рис. 10), и, наконец, у налима и некоторых морских рыб, например трески, пикши (рис. 80, 81) и наваги, брюшные плавники сидят впереди грудных, как бы на горле рыбы (горлопёрые рыбы).
Парные плавники не имеют сильной мускулатуры (проверьте это на вяленой вобле). Поэтому они не могут влиять на скорость движения, и рыба гребёт ими только при самом медленном перемещении в спокойной стоячей воде (карп, карась, золотая рыбка).
Главное же их назначение - поддерживать равновесие тела. Мёртвая или ослабевшая рыба опрокидывается брюхом кверху, так как спина у рыбы оказывается тяжелее, чем её брюшная сторона (почему - это мы увидим при вскрытии). Значит, живой рыбе приходится всё время делать некоторое усилие, чтобы не опрокинуться на спину или не свалиться набок; это и достигается работой парных плавников.
Убедиться в этом можно путём несложного опыта, лишив рыбу возможности пользоваться своими парными плавниками и привязав их к телу шерстяными нитками.
У рыбы с подвязанными грудными плавниками более тяжёлый головной конец перетягивает и опускается вниз; рыбы, у которых отрезаны или привязаны грудной или брюшной плавники с одной стороны, ложатся на бок, а рыба, у которой обвязаны нитками все парные плавники, точно мёртвая опрокидывается вверх брюхом.
(Здесь, впрочем, имеются исключения: у тех видов рыб, у которых плавательный пузырь расположен ближе к спинной стороне, брюхо может оказаться тяжелее спины, и рыба не перевернётся.)
Кроме того, парные плавники помогают рыбе делать повороты: желая повернуть направо, рыба загребает левым плавником, а правый прижимает к телу, и наоборот.
Возвратимся ещё раз к уточнению роли спинного и подхвостового плавников. Иногда не только в ответах учащихся, но и в объяснениях учителя дело представляется так, будто именно они придают телу нормальное положение - спиной вверх.
В действительности, как мы видели, такую роль выполняют парные плавники, тогда как спинной и подхвостовой при движении рыбы препятствуют её веретеновидному телу крутиться вокруг продольной оси и тем самым поддерживают нормальное положение, которое придали телу парные плавники (у ослабевшей рыбы, плывущей на боку или вверх брюхом, те же непарные плавники поддерживают уже принятое телом ненормальное положение).
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.
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.
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.
Разнообразие условий обитания рыб определяет и способы их движения. У рыб известны три способа передвижения – плавание, ползание и полет .
Плавание – основной тип движения, который осуществляется в основном за счет боковых изгибов тела и хвоста.
Различают два типа плавания при помощи боковых изгибов тела:
Скумбриевидный – у рыб при плавании большое значение имеет хвост, при помощи которого рыба отталкивается от воды и продвигается вперед, на долю которого приходится около 40% всей движущей силы (скумбрия, лосось).
Угревидный (змеевидный) – у рыб при движении волнообразно изгибается все тело. Это наиболее экономичный тип движения, скорость плавания при этом невелика (минога, угорь, вьюн).
Рыбы плавают с различной скоростью. Наиболее быстрой является меч-рыба, способная развивать скорость до 33 м/с (118,8 км/час), тунец плавает со скоростью до 20 м/с (72 км/час), лосось – 5 м/с (18 км/час).
Скорость движения рыб находится в определенной зависимости и от длины тела. В соответствии с этим определяется коэффициент скорости - отношение абсолютной скорости к корню квадратному от ее длины:
По скорости движения выделяют следующие группы рыб:
1)очень быстрые (меч-рыба, тунцы) – коэффициент скорости около 70;
2) быстрые (лососи, скумбрии) – 30–60;
3) умеренно быстрые (кефали, треска, сельди) – 20–30;
4) небыстрые (сазан, лещ) – 10–20;
5) медленные (бычки) – 5–10;
6) очень медленные (колюшка, луна-рыба) – 5.
Рыбы одного вида могут плавать с различной скоростью. Различают:
1. Бросковая скорость (коэффициент скорости 30–70), которая
развивается в течение очень короткого времени (при испуге, броске на добычу).
2. Крейсерская скорость (коэффициент скорости 1–4), с которой рыбы плавают в течение длительного времени.
Ползание по грунту является одним из способов передвижения рыб, которое осуществляется в основном при помощи грудных плавников и хвоста (ползун, морской черт, многопер, прыгун, морской петух). Так, прыгун живет в мангровых зарослях и значительную часть времени проводит на берегу. По суше двигается прыжками, которые совершает при помощи хвоста и грудных плавников, питается наземными беспозвоночными.
Полет (воздушное парение) свойствен немногим летучим рыбам, обитающим в пелагиали тропических и субтропических вод Мирового океана. У этих рыб длинные и широкие грудные плавники выполняют роль крыльев. Хвост с сильно развитой нижней лопастью является двигателем, дающим начальную скорость. Выскочив на поверхность воды, летучая рыба первое время скользит по водной поверхности, с нарастанием скорости движения отрывается от воды, пролетая при этом расстояние до 200 и даже 400 м.
Ход работы
1. Ознакомится с содержанием теоретического материала изложенного в методическом указании.
2. Рассмотреть формы, типы, расположение и строение плавников рыб приготовленных для лабораторной работы. Схематично изобразить лосося и выделить на схеме парные и непарные плавники. Назовите функции различных плавников.
3. Перечислите различные положения брюшных плавников и приведите примеры.
4. Перечислите и зарисуйте типы хвостовых плавников по строению и по форме и расположению относительно конца позвоночника.
5. Рассмотрите строение спинных плавников окуня, выделите не ветвистые (колючие) и ветвистые (членистые) лучи. Запишите формулу спинного плавника окуня и спинного и анального плавников серебряного карася или другой рыбы на выбор.
6. Приведите примеры рыб с различными видами плавания.
7. Используя компьютерный калькулятор, определите коэффициент скорости - отношение абсолютной скорости к корню квадратному от ее длины. При необходимости переведите скорость в км/час.
для меч-рыбы, (V= 33 м/с, L= 170 см),
тунца (V= 20 м/с, L= 120 см 20 м/с),
лосося – (V= 33 м/с, L= 70 см).
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.
Все эти анатомические, биологические и физиологические особенности рыб необходимы им для экономии энергии при неустанном постоянном передвижении в воде.
Плаванье – самый древний способ передвижения живых существ. Этим способом движения владеет часть Бесхребетных, Амфибий, Рептилий, Млекопитающих, Птиц. И только представители класса Рыб вынуждены плавать все – поголовно. Ибо других шансов на передвижение в водной среде у них просто нет.
Чтобы целенаправленно передвигаться в водной среде, в процессе эволюции рыбы обзавелись целым списком приспособлений, начиная от формы тела и заканчивая органами, которые есть только у них. Сейчас мы по очереди разберем, чем Природа одарила одну из самых древних и многочисленных групп Хордовых.
Плавательный пузырь – основное «устройство», благодаря которому рыбы плавают. Но! Присутствует он только у костистых рыб. Поэтому сначала рассматриваем, как эксплуатируют этот орган Костистые рыбы, а потом интересуемся, каким образом передвигаются в водном пространстве Хрящевые.
Материалы по теме:
Самые опасные хищники в океане
Итак, плавательный пузырь – две разновеликие, полые «сосиски», разделенные перемычкой. Являются выростом пищевода. В процессе эволюции трансформировались в легкие, характерные для более развитых – амниотов, классов наземных животных.
Как работает плавательный пузырь?
Благодаря наличию плавательного пузыря рыба удерживается на нужной ей глубине. Механизм работы органа весьма прост. Вспомните закон Архимеда. Плавательный пузырь наполнен воздухом. Опускаясь ниже уровня, на котором масса рыбы совпадает с объемом вытесняемой ею воды, тело животного подвергается сжатию. Естественно, в этот момент сжатию подвергается и плавательный пузырь, из которого вытесняется воздух. Благодаря этому уменьшается объем вытесняемой рыбой воды. Баланс между весом рыбы и объемом вытесненной жидкости нарушается, что позволяет животному опуститься еще ниже.
Если рыба всплывает, то приближение к поверхности воды увеличивает количество газов, поглощаемых животным. Часть из них попадает в плавательный пузырь, расширяя его. Пузырь «распирает» тело животного, увеличивая объем вытесняемой воды. В результате этого действия удельный вес рыбы уменьшается, а ее саму буквально выталкивает на поверхность.
Материалы по теме:
Опасные хищные рыбы: мурена и барракуда
Итого, плавательный пузырь обеспечивает рыбе погружение, всплытие и нулевую плавучесть в режиме минимальных энергозатрат.
Как плавают хрящевые рыбы?
Типичный представитель класса хрящевых рыб – акулы. Они появились на Земле значительно раньше костистых рыб. Плавательного пузыря не имеют. Поэтому вынуждены постоянно двигаться, чтобы отрегулировать свое положение в толще воды. Даже во сне эти животные должны шевелить хвостом, иначе просто утонут, как это не парадоксально звучит по отношению к рыбам.
Форма тела, внешние покровы
Форма тела рыбы – еще одно приспособление к передвижениям в плотных, по сравнению с воздухом, водных массах. Тела животных, кроме придонных и глубоководных видов, веретенообразные, обтекаемые, которые создают минимальное сопротивление окружающей среде. Кроме того, не забываем про чешую, которая увеличивает скольжение, сокращая энергозатраты животного в процессе плаванья.
Загрузка...