Приспособления, позволяющие рыбам расходовать меньше энергии при движении в воде. Приспособления рыб к абиотическим факторам среды Какие плавники участвуют в движении рыбок вперед
Основная форма движения у рыб — плавание. У всех рыб, имеющих веретенообразное, обычно в большей или меньшей степени сжатое с боков тело, поступательное движение совершается волнообразным изгибанием всего тела в горизонтальной плоскости.
Хвостовой плавник главным образом парализует тормозящее движение конца тела и ослабляет обратные токи. Другие непарные плавники (спинной и анальный) в большинстве случаев играют роль киля, придавая телу устойчивость, тогда как грудные и брюшные плавники служат в основном рулями глубины; с их помощью осуществляются повороты рыбы в горизонтальной плоскости. Лучшие пловцы относятся к рыбам, имеющим этот тип тела. Так, лосось плавает со скоростью 5 м/сек, тунец —6, а голубая акула — 10 м/сек. Но в отдельных случаях некоторые рыбы могут развивать еще большую скорость. Летучая рыба, например, перед тем как выскочить из воды, плывет со скоростью 18 м/сек, а меч-ры ба при нанесении удара длинной верхней челюстью развивает скорость даже до 25 м/сек.
Но у разных рыб, в связи с формой их тела и степенью развития тех или иных плавников, плавание осуществляется весьма различно. Так, у кузовков с неподвижным панцирем главную роль в движении играет хвостовой плавник, у электрического угря — волнообразные колебания анального плавника в горизонтальной плоскости, у камбал — волнообразные движения всего тела, спинного и брюшного плавников в вертикальной плоскости, у скатов — такие же колебания грудных плавников, у морского конька, плавающего в противоположность предыдущим рыбам в вертикальном положении, — усиленной работой спинного и грудных плавников и волнообразными движениями конца тела, лишенного хвостового плавника, и т. д.
В течение всей жизни из всех рыб пассивно плавает, по-видимому, только луна-рыба. Но временно так же может плавать иглобрюх, когда, набрав воздух в кишечник и раздувшись подобно шару, он носится по воле волн. Рыба-прилипало, присосавшись головной присоской к какой-нибудь большой рыбе (акуле) или дну корабля, переносится ими порой на значительное расстояние. Наконец, парусник (Istiophorus greyi), выставив из воды свой очень длинный и высокий спинной плавник, при соответствующем ветре может пользоваться им как парусом.
Еще интересные статьи
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.
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.
Мир океанов, морей, рек и озер наполнен множеством обитателей. Рыбы относятся к большинству жителей водных глубин, но даже в их огромной семье бесчисленное количество видов. Практически все они имеют общие особенности строения, благодаря которым, плавают, точнее, очень быстро передвигаются в своей родной стихии.
Мышцы и плавники рыб: двигатель, руль и тормоза
Основную массу тела рыб составляют мышцы. Они соединяются с позвоночником и плавниками, обеспечивая их подвижность за счет сокращений. Благодаря развитой мускулатуре, рыбы могут виртуозно управлять собственным телом, вызывая волнообразные движения всего туловища или хвоста.
Плавники также соединены с мышечными волокнами и при необходимости могут сворачиваться и разворачиваться, меняя направление и скорость движения в воде. Главным двигателем рыб является хвостовой плавник, созданное природой совершенное весло, благодаря которому морские животные двигаются вперед.
Парные грудные и брюшные плавники позволяют рыбам двигаться вверх и вниз, а спинной и подхвостовой дают возможность держаться в прямом положении и избегать поворота вокруг собственной оси.
Подхвостовые плавники служат рыбам и в качестве тормоза, а с помощью брюшных они также могут подниматься на поверхность. У плавников могут быть различные функциональные особенности, которые меняются, в зависимости от ситуации и видов рыб.
В семействе морских жителей есть множество исключений из общих правил движения. Обусловлены они разнообразием животных и их ролью в подводном мире. Именно по этой причине за ними так интересно наблюдать.
Способы плавания у рыб
Классикой является плавание морских видов: акул, сельди, марлина и скумбрии. Их тела стремительно перемещаются, двигаясь равномерно из стороны в сторону. Форель и совершают быстрые маневры во время охоты, долгих заплывов вверх против течения, а также спасаясь от хищников.
Тунец совершает длинные морские переходы, благодаря чуть заметным движениям туловища, использует хвост в форме серпа в качестве руля. А угри используют для перемещений одну только мускулатуру и цепкий хвост, их плавники практически отмерли за ненадобностью.
Интересным способом двигается в воде морской конек. Его спинной плавник колеблется с удивительной быстротой. Этот плавник - единственное средство для совершения им морских прогулок и поиска пищи.
Наблюдая за плаванием рыб, можно увидеть, как разнообразен и прекрасен подводный мир, с какой фантазией и благоразумием он создан природой и подарен человеку. Оберегать этот оазис и изучать его особенности - большая и сложная задача на многие годы вперед.