Значение механического движения в жизненных процессах рыб. Приспособления рыб к абиотическим факторам среды

Любопытные факты - раскрытые тайны из жизни рыб:* Кто лучше спрячется?

Среди водных обитателей встречаются и такие, которые используют реактивный способ движения. «Гидрореактивные двигатели» есть у головоногих моллюсков (кальмара, осьминога, каракатицы), у медуз и личинок трекоз. В мире рыб известна пока единственная, пользующаяся «реактивным двигателем», - это армфиш, небольшая рыбка, обитающая в Индийском океане. Грудные и брюшные плавники у нее напоминают согнутые руки с длинными пальцами на концах. На «локтях» находятся отверстия, соединенные каналами с ротовой полостью. Засасывая ртом воду, рыбка с силой выталкивает ее через отверстия в плавниках и таким образом движется.

Еще более необычны рыбы, шагающие по дну. У морского петуха - триглы - на веерообразных грудных плавниках расположено по три жестких кривых шипа. На них тригла «шагает» по морскому дну. Пользуясь плавниками, как ногами, подбираются к добыче среди обломков скал рыбы-удильщики и кисте-перая рыба - латимерия. На глубине двух тысяч метров подводные исследователи обнаружили интересную рыбу и назвали ее бентозавром. Эта рыба может стоять на дне и ходить по нему, упираясь в грунт хвостом и лучами грудных плавников.

Есть еще рыбы-прилипалы, они неплохо плавают, но зачем же зря тратить силы, если можно прокатиться за чужой счет! У прилипал передний спинной плавник видоизменен в овальную присоску. В овальном диске имеется несколько пластинок. Прижав кожистую рамку диска к какому-либо предмету, прилипалы приподнимают пластинки. Под ними образуется безвоздушное пространство, и рыба так прочно присасывается, что, если сильно потянуть ее за хвост, она разорвется пополам.

Обычно прилипалы присасываются к крупным рыбам - акулам, скатам - и питаются их объедками. Иногда они присасываются даже к днищам кораблей. Жители тех мест, где водятся прилипалы, используют их для охоты за крупными рыбами и черепахами. Охотники привязывают прилипал за хвост тонкой прочной лесой и, подобравшись на лодке к стаду черепах, опускают живой крючок в воду. Прилипалы быстро присасываются к черепахе. Охотнику остается только подтащить добычу.

Трудно себе представить, что существуют рыбы, передвигающиеся по суше. А такие есть.

В озерках, болотах, илистых заводях рек Индии, Бирмы, Филиппинских островов водится рыба анабас-ползун. По внешнему виду анабас похож на нашего пресно* воднбго окуня. Рыба эта небольшая и редко достигает длины 15-20 сантиметров. Когда наступает засушливое время и мелкие водоемы пересыхают, ползуны либо дожидаются более благоприятного времени, копошась в иле, либо отправляются путешествовать. Рано утром или ночью, упираясь в грунт зубчатыми жаберными крышками и колючим плавником, анабас проползает по суше сотни метров. В поисках подходящего водоема ползун перебирается через глубокие канавы и может даже забраться на дерево; не случайно «анабас» iio-малайски значит «древолаз».

Интересна и другая рыба- илистый прыгун. Она живет в тропических водах Индийского и Тихого океанов у берегов Азии, Африки и некоторых австралийских островов. Эта рыба - родственница наших бычков. Огромные, похожие на лапы плавники и красные выпученные глаза придают ей очень забавный вид. Обычная длина прыгуна 20-25 сантиметров. Любимое местопребывание прыгуна - мангровые заросли, обнажающиеся во время отлива. На суше эта рыба проводит больше времени, чем в воде. Она способна ползать по наклонным стволам деревьев и даже прыгать с ветки на ветку. Через реку прыгун может Перебраться, ни разу не окунувшись в воду. Добывают прыгунов занятным способом. Под деревом, на котором они находятся, натягивают простыню и стряхивают рыб, как спелые яблоки.

О летающих рыбах слыхали многие. Но не все знают, как они летают. У этих рыб большие грудные плавники и Хвост с длинной нижней лопастью.

Раньше предполагали, что наивысшей точки в воздухе летучая рыба достигает одним резким броском. На самом же деле взлетает она иначе. Движение броском летучая рыба начинает, целиком находясь в йоде. Когда передняя часть ее тела окажется в воздухе, она начинает работать хвостом, как гидросамолет винтом. Так рыба наращивает скорость до тех пор, пока плавники-крылья не начнут удерживать ее в воздухе.

Взлетев под углом 30-45 градусов к поверхности воды со скоростью до 80 километров в час, она летит по воздуху, постепенно снижаясь, подобно планирующему самолету. Взлетает рыба на высоту до 4-5 метров, и полет ее продолжается 10-15 секунд. За это время она пролетает около 100 метров. В отдельных случаях, особенно при попутном ветре, летучие рыбы могут находиться в воздухе минуту и пролететь до 400 метров.

Летучие рыбы широко распространены в теплых водах Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Известно много видов летучих рыб: есть совсем маленькие, а есть достигающие полуметровой длины. Большинство летучих рыб имеют вкусное мясо, но специальным промыслом их нигде не занимаются. Чаще всего их применяют как насадку для ловли крупных морских рыб: меч-рыбы, тунца, макрели.

В Южной Америке водятся небольшие рыбки из семейства харацинид, летающие подобно птицам, махая грудными плавниками, как крыльями. Но и они не могут долго находиться в воздухе: воздушные пируэты помогают им лишь ускользать от преследователей.

В.Сабунаев, "Занимательная ихтиология"

10.1Механизм движения рыб и роль плавников Механическое движение занимает важное место в жизнен­ных процессах. Рыба перемещается в воде - плавает, прока­чивает воду сквозь жаберный аппарат, сердце проталкивает кровь по сосудам, кишечник проталкивает пищу. Имеются и другие, менее заметные, но тоже очень важные формы механи­ческого движения - изменяется просвет кровеносных сосудов зрачка глаз, сокращаются и растягиваются стенки пузыря, сжимаются и расслабляются кольца

Акт движения рыб осуществляется за счет активной работы плавников. Плавники рыб бывают: парные-грудные, брюшные и непарные-спинной, анальный, хвостовой, спинной плавник может быть один (у карповых), два (у окуневых) и три (у тресковых). Хвостовой плавник принимает некоторое участие в поступательном движении, парализуя тормозящее движение конца тела и ослабляя обратные токи. По характеру действия хвосты рыб принято разделять на: 1)изобатический , где верхняя и нижняя лопасти равновелики: подобный тип хвоста имеется у скумбрии, тунца и многих других: 2)эпибатический – у которого верхняя лопасть развита лучше, чем нижняя: этот хвост облегчает движение вверх подобного рода хвост характерен для акул и осетровых: 3) гипобатический, когда нижняя лопасть хвоста развита больше верхней и способствует движению вниз: такой хвост имеется у летучей рыбы леща и некоторых других рыб. (Рис.66)

Жировой плавник без костных лучей представляет мягкий кожный вырост на задней части спины (лососевые). Плавники обеспечивают равновесие тела рыб и движения ее в разных направлениях, хвостовой плавник создает движущую силу и исполняет роль руля, обеспечивая маневренность рыбы при поворотах. Спинной и анальный плавники поддерживают нормальное положение тела рыбы, т.е. выполняют роль киля. Парные плавники поддерживают равновесие и являются рулями поворотов и глубин. Основную функцию рулей глубины выполняют у рыб грудные, а также брюшные плавники. С их помощью осуществляется отчасти и поворачивание рыбы в горизонтальной плоскости. Роль непарных плавников сводится к содействию поворотам рыбы вверх и вниз и к роли килей.

На брюшной стороне туловища, каудальное место прикрепления брюшных плавников имеется анальное отверстие, а сразу за ним – мочеполовой сосочек; у части рыб он представляет собой углубление с двумя отдельными отверстиями; мочевым (заднее) и половым. Место расположения заднепроходного, полового и мочевого отверстий за границей тазового и хвостового позвонка.

Плечевой пояс имеет вид хрящевого полукольца, лежащего в мускулатуре стенок тела позади жаберного отдела. Часть пояса называется лопаточным отделом, вентральнее – коракойдным. В основании скелета свободной конечности расположены 3 уплощенные базальные хрящи. Дистальнее базальных хрящей расположены в 3 ряда палочковидные радиальные хрящи. Остальная часть лопасти свободного плавника поддерживается многочисленными тонкими эластиновыми нитями – элементами вторичного кожного скелета.

Тазовый пояс – представлен хрящевой пластинкой, лежащей в толще брюшной мускулатуры перед клоакальной щелью. В брюшных плавниках имеется только один базальный элемент. Он сильно удлинен, и к нему прикрепляется один ряд радиальных хрящей. Остальная часть свободного плавника поддерживается эластиновыми нитями. У самцов удлиненный базальный элемент продолжается за пределы лопасти плавника как скелетная основа копулятивного выроста.

10.1.1 Непарные плавники. Представлены хвостовым анальным и спинным плавниками. У ключей акулы анального плавника нет. Хвостовой плавник акул гетероцеркальный, его верхняя лопасть значительно длиннее нижней, осевой скелет – позвоночник заходит только в верхнюю лопасть.

Скелетную основу хвостового плавника образуют удлиненные верхние и нижние дуги позвонков. Большая часть лопасти хвостового плавника поддерживается эластиновыми нитями. В основании скелета спинных и анальных плавников лежат радиальные хрящи, которые погружены в толщу мускулатуры. Иногда они сливаются в более крупные образования. Свободная лопасть плавника поддерживается эластиновыми нитями. У колючей акулы перед каждым спинным плавником расположен роговой шип, который, как и плакоидные чешуи, представляет собой элемент кожного скелета.

10.1.2 Жаберные крышки. Жаберные дуги представлены каждая четырьмя парными косточками, подвижно сочлененными между собой, и объединяющимися снизу при помощи непарных костных элементов. Пятая, самая задняя жаберная дуга, имеет лишь один парный (нижний) отдел.

Жаберные крышки состоят из четырех вторичных (покровных) костей: крышки (opezculum) и межкрышки (intezopezculum). Жаберная крышка каждой стороны через предкрышечную кость прикрепляется к соответствующей подвеске и к квадратной кости.

10.1.3 Парные конечности и их пояса . Парные конечности представлены грудными и брюшными плавниками. Опорой грудных плавников в теле рыбы служит плечевой пояс. Он представлен двумя небольшими замещающими (первичными) и несколькими покровными костями. Верхняя из замещающих костей – лопатка (scapula) расположена в области причленение свободной конечности. Сразу под ней находится коракоид (coracoideum). Эти два элемента составляют первичный пояс. Они неподвижно соединены с крупной покровной костью клейтрум (coracoideum), верхний конец которой направлен несколько вперед; к нему присоединяется небольшая кость надклейтрум (supracleithum). Клейтрум в свою очередь соединяется с заднетеменной (posttemporale) костью. Направленные вперед нижние концы правого и левого клейтрумов соединяются друг с другом. Позади клейтрума неподалеку от лопатки и коракоида расположена небольшая заднеключичная кость (postcleithrum).

Все названные кости парные, они составляют вторичный плечевой пояс. Правая и левая заднетеменные кости причленяются к осевому черепу, что обеспечивает более прочную фиксацию пояса, и таким ообразом усиливает его опорную функцию.

Рис. 66 . Скелет парных плавников и их поясов:

А – хрящевая рыба; Б – костистая рыба; 1 – грудной плавник с плечевым поясом;11 – брюшной плавник с тазовым поясом; 1 – лопаточный отдел; 2 – коракоидный отдел; 3 – базалии; 4 – радиалии; 5 – плавниковые лучи; 6 – птеригоподии; 7 –лопатка; 8 – коракоид; 9 – клейт-рум; 10 – задняя клейтрум; 11 – надклейтрум; 12 – задневисочная кость; 13 – тазовая кость

Грудной плавник в своем основании имеет один ряд мелких косточек – радиалий (radialia), отходящих от лопатки (частично и от коракоида). Вся свободная лопасть плавника состоит из членистых кожных лучей (lepidotrichia). Особенность скелета грудных плавников костистых рыб, по сравнению с хрящевыми, заключаются в редукции базалий. Подвижность грудных плавников увеличивается потому, что мышцы прикрепляются к расширенным основаниям кожных лучей, подвижно сочленяющихся с радиалами.

Тазовый пояс представлен сливающимися друг с другом парными плоскими треугольными костями, лежащими в толще брюшной мускулатуры и не связан с осевым скелетом. К боковым сторонам тазового пояса причленяются брюшные плавники. У большинства костистых рыб в скелете брюшных плавников лопасть плавника поддерживается кожными костными лучами (lepidotrichia), расширенные основания, которых непосредственно причленяются к тазовому поясу. Такое упрощение скелета брюшных плавников связано с их ограниченными функциями.

10.1.4 Непарные конечности . Непарные конечности представлены спинными, подхвостовыми (анальным) и хвостовым плавниками. Анальные и спинные плавники состоят из костных лучей, подразделяющихся на внутренние (скрытые в толще мускулатуры) птиригофоры и наружные плавниковые лучи – лепидотрихии.

Хвостовой плавник, имеет влияние равнолопастное строение, однако при рассмотрении его внутреннего скелета видно, что концевые позвонки позвоночного столба сливаются в палочковидную косточку – уростиль (urostal), которая заходит в основание лишь верхней лопасти плавника, а основание нижней лопасти поддерживается расширенными, довольно широкими нижними дугами позвонков гипуралиями. Такой тип строения хвостового плавника, носит название галоцеркального. Наружный скелет хвостового плавника составлен многочисленными кожными лучами – лепидотрихиями.

Из многочисленных способов движения известных среди животных, рыбам свойственны три: плавания, ползания и полет.

В зависимости от выполняемой функции, плавники делят на две группы. Первую группу составляют приспособления, непосредственно направленные на создание локомоторной силы, т.е. морфологические особенности, которые определяются отношением двигателя рыбы. Вторая группа- приспособления, которые движущаяся рыба встречает со стороны определяющей ее виды.

10.2 Функция локомоции и строение хвостового плавника . Функции хвостового плавника многообразны.

1. Хвостовой плавник участвует в общей локомоторной работе туловища, создавая силу, которая толкает рыбу вперед;

2. Действуя, как пассивная несущая полость, итероцеркальный хвостовой плавник создает некоторую подъемную силу, поддерживающую заднюю часть тела рыбы;

3. Хвостовой плавник является стабилизатором и отчасти вертикальным путем.

Хвостовой плавник у большинства рыб способен производить ряд сложных движений. Служит для изменения направления движения в вертикальной плоскости.

Первые три функции могут быть названы пассивными функциями хвостового плавника, так как при отправлении этих функций он действует просто как плоскость, более или менее метко прикрепленная на конце хвостового стебля. Последняя же функция является активной, так как при ее отправлении хвостовой плавник выполняет ряд сложных собственных движений и действует не просто как единая плоскость, а как сложная система, состоящая из отдельных элементов – лучей подвижно скрепленных с концом позвоночного столба. Особенности функции хвостового плавника у различных рыб определяют его форму, в отношении которой должны быть отличены в первую очередь два случая; хвостовой плавник, не разделенный на две лопасти, и хвостовой плавник, раздельный на две лопасти.

Плавание свойственно всем без исключения рыбам. Другие два способа характерны только для немногих видов, причем всегда имеют второстепенное значение. Наиболее общий и типичный для рыб способ движения плавания охватывает собой целый ряд модификации, которые могут быть разделены на две группы:

Первая группа заключает в себе способы плавания, в основе которых лежат волнообразные латеральные изгибания туловища.

Вторая группа – все остальные способы плавания, основу которых составляют те или иные движения плавников по характеру совершаемых плавательных движении делятся на 2 группы. Первая группа плавания основывается на движении плавников неундулирующего типа; преимущественно работа с грудными плавниками, при которых плавник отводится от тела в горизонтальном положении, затем ставится вертикально и приводится к телу, создавая в этот момент определенную локомоторную силу. Способ плавания Chronus chronus (L) u Crenilohrustina (L).Неундулирующие движения плавников являются второстепенным способом движения, при медленном плавании. Основным способом движения оно становится только у некоторых прибрежных медленно плавающих видов. Неундулирующие движения плавников используются в ряде случаев и для передвижения по грунту, как у Gohius иногда и для закапывания в грунт.

Другая группа имеет в своей основе ундулирующие движения плавников спинного и анального. Этот способ плавания встречаются у скатов. Громадному большинству рыб свойственно плавание при помощи латеральных изгибании, этот способ движения является для рыб закономерным. В основе локомоции при помощи ундулирующих движении плавников, лежат волнообразные изгибания пластинки плавника, обусловленные последовательности поперечности отношениями лучей.

Поступательное движение рыб в разных случаях обеспечивается ундуляцией грудных, спинного или анального плавников или же той или иной комбинацией действии этих плавников. У скатов единственным органом локомоции являются чрезвычайно расширенные грудные плавники. Большая поверхность этих плавников и значительная дорзовентральная подвижность их лучей превращает их в прекрасный ундулирующий аппарат. Волны ундуляции приходят по плавникам спереди назад, создавая движущую силу, направленную вперед. Дублирующими мембранами, сообщающими рыбе поступательные движения, являются спинной и анальные плавники. В этом случае совокупное действие этих плавников создает силу, движущую рыбу вперед, причем волны ундуляции на плавниках направлены параллельно линиям основания плавника. Благодаря волнообразным изгибаниям пластинки плавника, возникают силы, толкающие рыбу вперед.

10.2.1 Функции плавников . В теле рыбы выделяются четыре постоянные зоны, для которых специфичны определенные функции плавников. Эти зоны можно назвать функционально специфическими, так как для каждой из них специфична определенная функция или ряд функций. I - зона передних рулей, и несущих плоскостей, II - зона килей, III-зона стабилизаторов, и IV- зона задних рулей и локомоторных органов. Функции зоны I выполняются парными плавниками брюшных плавников или только грудными.

Функции зоны II выполняются той частью спинного плавника, которая расположена спереди от центра тяжести, а также брюшными плавниками и отчасти анальным, если эти плавники или их передние отделы расположены спереди от центра тяжести. Функции зоны II выполняются морфологическими обособленными отделами спинного и анального плавников, которые расположены сразу за центром тяжести.

Функции зоны III несут самые задние отделы спинного и анального плавников (если они приближены к заднему концу тела) и хвостовой плавник.

Указанное расположение на теле функционально специфических зон характерны для всех рыб вписывающих при помощи волнообразных изгибании тела.

10.3 Плавание рыб . Плавание рыб происходит благодаря работе поперечно­полосатой мускулатуры, которая приводит в движение движительные плавники. Рыбы передвигаются в толще воды, создавая упор, т. е. отталкиваясь от среды, обладающей некоторой плотностью, вязкостью и податливостью. Проще все­го понять явление упора, рассматривая гребное плавание при помощи пар­ных грудных плавников.

Грудной плавник, закрепленный своим основанием на плечевом поясе, под действием мускулатуры совершает движения, подоб­ные вращению калитки вокруг петель. При движении назад, во время греб­ка, плавник максимально расправлен и создает максимальный упор. При движении плавника вперед, при подготовке гребка, лучи сведены и создают минимальный тормозящий упор. Гребным плаванием пользуются щуки, зеленухи, колюшки, бычки, сростночелюстные и многие другие рыбы.

Одиночный цикл движения плавника может быть подразделен на движе­ние вперед (подготовка гребка), движение назад (гребок) и период, когда плавник прижат к телу (рефрактерная фаза). Скорость плавания рыбы за­висит от скорости движения плавника - скорость движения внешнего края плавника всегда больше скорости поступательного движения рыбы, т. е. плавник является двигателем. Угловая амплитуда движения плавника мо­жет достигать 90 0 . Скорость растет при уменьшении доли времени рефрак­терной фазы и при росте доли времени активных фаз - подготовки и гребка, которые занимают приблизительно одинаковую часть времени. Скорость пла­вания находится в прямой зависимости от частоты гребков, которая может достигать 20 Гц, но обычно не превышает 5 Гц.

Движение грудных плавников у большинства рыб поочередное (типа «кроль»), но у некоторых видов, например у карпа,- одновременное (типа «брасс»). Скорость плавания при работе одних только плавников небольшая, расход энергии тоже, по-видимому, небольшой, так как в работу вовлекают­ся небольшие массы мускулатуры плечевого пояса. Коэффициент полезного действия мускулатуры при таком типе плавания довольно высок.

При плав­никовом плавании туловищно-хвостовая мускулатура не бездействует, она в какой-то степени напряжена для поддержания обтекаемой «позы». В против­ном случае тело начинает пассивно колебаться в набегающем потоке, как водоросль в потоке, или как флаг на ветру (так называемый флаттер), и это вызывает торможение.

Ограниченные массы мускулатуры вовлекаются в ра­боту при плавании с помощью непарных плавников, например спинного, анального, когда эффективный упор создают поперечные складки плавников. Наибольшие скорости достигаются рыбами при периодическом волнооб­разном изгибании всего тела (ундуляции). Движителем в этом случае служит почти вся поверхность тела, за исключением негибкой головы.

При движении рыб активно сокращается почти вся туловищно-хвостовая мускулатура, составляющая приблизительно половину массы тела. Упор при ундуляционном плавании создается искривлением тела и движением локомоторной волны от головы к хвосту. За один цикл движения рыба могла бы продвинуться на длину тела до теоретического финиша, но в результате наличия КПД движителя 0,70 возникает пробуксовка и она проплывает расстояние до фактического финиша.

Н. В. Кокшайский охарактеризовал плавание как явление, при ко­тором организм образует некоторую систему подвижных элементов, отталкивающих среду и одновременно отталкивающихся от нее. Длина локомоторной волны (расстояние между соседними гребнями) соизмерима с длиной рыбы.

Рис.67. Схематическое изображение плавания рыбы. Стрелки изображают на­правление приложения упора.

Скорость движения локомоторной волны по телу рыбы равна произведению длины волны на частоту взмахов хвоста, численно она также близка произ­ведению длины рыбы на частоту ундуляции:

где U - скорость локомоторной полны; f-частота ундуляции; - длина локомоторной волны; L - длина рыбы. Вода представляет собой податливую среду, поэтому в ней имеет место некоторая «пробуксовка» движителей. Скорость плавания рыбы поэтому всег­да меньше скорости локомоторной волны:

где КЭ - коэффициент эффективности движителя; - скорость плавания рыбы.

Максимальная скорость плавания рыбы является функцией длины тела и максимальной частоты ундуляции, т. е. максимальной частоты сокращений туловищной мускулатуры. Максимальная частота ударов хвоста при плавании некоторых достигает 30 Гц.(Таблица 20).

Максимальные частоты ундуляции и соответствующие им максимальные, так называемые спринтерские скорости могут поддерживаться в течение нескольких секунд. Далее наступает утомление и скорость резко падает, это связано со строением рыбы: с большим числом позвонков могут сильнее изгибать тело, чем рыбы с малым числом позвонков. Число позвонков у рыб колеблется поразному: так у рыбы -луны от 16 и у ремень рыбы до 400. Рыбы с мелкой чешуей также могут изгибать свое тело в большей степени, чем крупночешуйные.

Таблица 21 - Расчетные значения скорости плавания рыб (см./с) как функ­ция частоты ундуляции (Гц) и длины рыбы (см) для области чисел Рейнольдса менее 10 5 (по Яржомбек, 1975)

Скорость движения рыб связана и с биологическим состоянием рыбы, в частности зрелостью гонад, температурой воды может меняться и от того, движется рыба в стае или в одиночку. Наибольших скоростей достигают некоторые акулы, меч- рыбы, тунцы. Голубая акула перемещается со скоростью около - 10 м./сек, тунец со скоростью 20м/ сек, лосось 5м/сек. Абсолютная скорость движения рыбы зависит от ее размеров. Крупные рыбы обладают большей скоростью, чем более мелкие. Эта зависимость выражается следующей формулой:

V = 1 [ L (3f-4)]

Где V - скорость в см./ сек.

L - длина рыбы в см.

f - число взмахов хвоста в секунду

Поэтому для сравнения скорости движения разноразмерных рыб используется обычно коэффициент скорости представляющий собой частное деление абсолютной скорости движения рыбы на корень квадратный ее длины (V ).

Рыбы хорошие пловцы, в текучей воде по форме тела отличаются от хороших пловцов в стоячей воде, в частности у первых хвостовой стебель обычно значительно выше и короче, чем у вторых. В качестве примера можно сравнить форму хвостового стебля форели, приспособленной к жизни в воде с быстрым течением, и скумбрии- обитателя медленно двигающихся и стоячих морских вод.

Быстро плавая, преодолевая быстрины и перекаты, рыбы утомляются. Они не могут длительно плавать без отдыха. При большом напряжении у рыб в крови накапливается молочная кислота, которая после отдыха исчезает. Молочная кислота влияет на растворимость газов кровью и на транспортную функцию гемоглобина. Рыбы, при прохождении рыбоходов, утомляются, преодолевая их, даже гибнут.

Благодаря специфическому строению мускулатур рыб, сокращение каждого миомера вызывает изгиб тела на довольно большой протяженности, т. е. создается ры­чаг приложения силы. Мышечные волокна в миомерах ориенти­рованы таким образом, что одно волокно является как бы про­должением другого и такие составные нити косо расходятся от средней линии по направлению к хвосту и краям тела.

Светлая и темная мускулатура рыб во многом различна. При спокойном плавании рыбы в крейсерском режиме число сокращений волокон темной мускулатуры равно числу плавательных движений. Сокращения волокон белой мускулатуры носят нерегулярный характер.

Существует некоторая неутомля­ющая частота мышечных сокраще­ний, при которой времени между дви­гательными актами достаточно для полного восстановления работоспо­собности. При таких режимах движе­ния происходят длительные миграции рыб. Неутомляющая средняя ско­рость в 5-10 раз меньше максималь­ной спринтерской скорости плавания. Проведенные эксперименты и наблю­дения в естественных условиях пока­зали, что лососи не утомляются при скорости плавания 1-2 длины тела в секунду, т. е. до 5 км/ч.

Рис.68. Скорости плавания быстроходных рыб: I- неутомляющая скорость;II- стайерская скорость; III- скорость средних дистанции; IV- спринтерская скорость; V- скорость прыжков с разбега

Тунцы - ре­кордсмены среди рыб; по скоростной выносливости могут длительное время двигаться со скоростью 3-4 длины тела в секунду, т. е. порядка 20 км/ч.

Между неутомляющими и спринтерскими скоростями имеется область, где время поддерживания скорости находится в обратной связи с задан­ной скоростью.

По аналогии со спортивной терминологией эту об­ласть можно разбить на «средние ди­станции» - до времени движения несколько десятков минут и «стайер­ские дистанции». Стайерская скорость может поддерживаться несколько часов, но она все-таки не является неутомляющей, или крейсерской, скоростью (рис. 69).

Наилучшие среди рыб пловцы - тунцы, ставриды, лососи. Они плавают в 2-3 раза быстрее и выносливее, чем посредственные пловцы, такие, как осётровые, камбалы, бычки, угри.

Таблица 22 - Максимальная частота плавательных движений

Яблонская Александра

Научно-исследовательская работа помогла ответить на вопрос: Как плавают рыбы? Оказалось, рыбы отлично плавают не только в солёной воде, но и в пресной. Из опыта узнали, что солёная вода удерживает предметы, не даёт утонуть; самое солёное море – Мёртвое, в нём нет живых существ. Почему рыбы не тонут?

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 24»

научно-исследовательская работа

Выполнила: ученица 4Б класса МБОУ «СОШ №24»

Яблонская Александра Валерьевна

Руководитель: учитель начальных классов

Гребенщикова Оксана Викторовна

Братск 2015

I Введение

II Основная часть

• Внешнее строение рыб
• Внутренние органы рыб
• Как в естественных условиях ведут себя рыбы

III Заключение

IV Список использованных источников и литературы

V Приложение

Цель: Изучить особенности погружения и поведения разных рыб.

Задачи:

• Наблюдать за поведением аквариумных рыбок.
• Собрать сведения о способах передвижения в воде разных рыб.
• Узнать, почему рыбы не тонут.

Объект исследования: морские и аквариумные рыбы.

Предмет исследования : передвижения рыбы в толще воды.

Методы исследования : наблюдение, анкетирование, выдвижение гипотез,

поисковый метод.

Гипотезы:

1. Солёная вода удерживает рыбу наплаву.

2. Рыбы плавают специальным способом.

3. У рыб особое строение, которое позволяет не тонуть.

Результаты наблюдений :

Оказалось, рыбы отлично плавают не только в солёной воде, но и в пресной.

Некоторые рыбы могут ходить по дну, перелетать длинные расстояния.

Подтвердились предположения, что особое строение позволяет рыбам не тонуть.

Выводы:

• Существуют особые разновидности плавания среди представителей рыб.
• Не все рыбы искусные пловцы.
• Плавательный пузырь, наполненный газом, не даёт рыбе утонуть.
• Рыбы лучше всех приспособились к жизни под водой.

Введение

Наверное, каждый человек, смотря на аквариум, испытывает какие-то странные чувства. Это и спокойствие, и расслабленность. Плавать умеют очень многие существа на планете Земля: люди, собаки, бобры, утки, лягушки и даже слоны . Но так, как плавают рыбы, – не умеет ни одно существо, даже те, кто постоянно живет около водоёмов. Рыбы являются одними из самых древних живых существ, и за многие сотни лет они лучше всех приспособились к жизни под водой.

Также многим людям всегда было интересно знать, с помощью чего плавают рыбы, как они это делают? Поэтому, для того, чтобы разобраться, как плавают рыбы, необходимо детальнее разобраться в их анатомии.

Рыбы – животные, живущие только в воде. Они появились более 400 млн.лет назад в пресных водах. Насчитывается свыше 20 тысяч видов, распространенных в Мировом океане (морские рыбы) и пресных водах (пресноводные рыбы). Изучением рыб занимается ихтиология - наука о рыбах (по-гречески "ихтис" - рыба, а "логос" - слово, разум).

Тело рыб покрыто чешуёй, они дышат жабрами и имеют конечности в виде плавников.

У каждого вида плавников есть своё назначение и зачастую не одно.

В частности, спинной плавник служит для совершения резких поворотов и торможений. Рыбы, располагающие вторым спинным плавником, используют его также, чтобы совершать рывок вперед. Анальные плавники выступают в роли тормоза, брюшные обеспечивают и торможение и всплытие, а грудные помогают совершать быстрые повороты. Пребывать в вертикальном положении рыбам помогает спинной и анальный плавник, а грудные плавники двигают рыбу вперед. Хвост также объясняет, почему рыбы плавают. Он функционирует как: руль и основной «двигатель» рыбы.

У большинства рыб снаружи форма обтекаемая, к голове и хвосту суженная, жаберные крышки отходят от тела задним краем, плавники и чешуя повернуты назад. А поверхность чешуйчатых пластинок- она словно полированная и вдобавок покрыта слизью. Все это позволяет рыбе легко и быстро плавать. На боках у большинства рыб легко заметить продольную полоску чешуек. Они отличаются от других по форме, размеру, окраске. Это боковая линия . Её называют «шестое чувство». Этим рыба отличается от других животных. Линия состоит из маленьких отверстий. С помощью их рыба улавливает малейшие движения и колебания воды. Поэтому и в темноте рыбы могут охотиться, замечать врагов и обходить препятствия . Направление течения воды рыба также определяет боковой линией. Основная часть рецепторов сосредоточена в боковой линии, но имеется много рецепторов и на других участках тела, способных реагировать на электромагнитные сигналы, на давление и температуру окружающей воды. У рыб развитое зрение, слух, хорошее обоняние и вкусовые рецепторы. Помогает рыбе двигаться вперед и реактивная сила. Она создается жабрами, сильными струйками воды, которую выбрасывают жаберные щели вдоль всей рыбы. У каждой части тела рыбы свое назначение и роль, что позволяет рыбам легко перемещаться в воде практически в любом направлении. Кожные покровы рыбы покрыты самой разнообразной чешуёй, защищающей рыбу от более сильных сородичей, а высокоразвитая нервная система имеет кроме головного и спинного мозга развитые органы чувств и большое количество кожных рецепторов самого разного назначения.

Человек, сооружая подводную лодку, не случайно придал ей форму рыбы. Рыбообразной создана и торпеда. Кстати, ее название заимствовано от латинского названия электрического ската - торпедо.

В полости тела рыб лежат органы пищеварения: пищевод, желудок, кишечник и печень, а также сердце, плавательный пузырь и другие органы.

Самый интересный и необычный орган у рыб – это плавательный пузырь, который представляет собой орган из пленки. Этот орган соединяется с кишечником рыбы. Чтобы передвигаться в воде, рыба регулирует объем газа в своем плавательном пузыре.

Плавательный пузырь, наполненный газом, служит рыбам «спасательным кругом», не даёт рыбе утонуть. Наполняя пузырь кислородом, или сдувая его, рыба может изменять глубину своего погружения. Когда плавательный пузырь растягивается, рыбка всплывает, а когда сжимается, то рыбка опускается в глубину. Не все виды рыб имеют плавательный пузырь. Некоторым морским обитателям, которые живут на большой глубине, пузырь заменяют либо большое количество жира, либо сильно развитая мускулатура. Жир, как и воздух, гораздо легче воды, поэтому глубоководные рыбы могут управлять перемещением тела благодаря нему. Таким рыбам приходится прилагать намного больше усилий, чтобы подняться или опуститься в толще воды.

Мышцы, которые расположены вдоль тела рыбы, тоже помогают ей передвигаться в воде. Когда рыба извивается всем своим телом, она напрягает и расслабляет мышцы с одного бока, а затем с другого. Так и происходит плавательное движение, которое напоминает движение змеи.

Таким образом, у рыбы действует целая система и механизм органов, чтобы она могла плыть. Есть еще некоторые особенности строения тела рыб, которые помогают ей быстрее и легче двигаться:

• У тела каждой рыбы плавные и гладкие очертания, что уменьшает сопротивление воды при движении.
• Кожа рыбы покрыта специальной слизью, которая добавляет скольжения и плавности в передвижении.

Быстро плавающие рыбы обладают теми же свойствами, что и обычные рыбы, но их мышцы более сильные, а плавники больше и подвижнее. Поэтому рыба может развить скорость, что помогает охотиться на более маленьких рыб и быстро уйти от хищников.

А как в естественных условиях ведут себя рыбы?

Губаны (семейство окунеобразных) вращают своими грудными плавниками, как олимпийские спортсмены, плывущие в стиле «баттерфляй». Помимо губанов, многие аквариумные виды рыб могут также её демонстрировать.

Морской угорь на хвосте н имеет плавника, поэтому не очень хорошо плавает. Он много времени проводит, прячась в трещинах и подводных пещерах. 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.

Акулы и парусники не обладают плавательными пузырями, поэтому им приходиться удерживаться в воде только за счет грудных плавников. Они выполняют те же функции, что и крылья у самолета. Чтобы не утонуть, рыбе приходиться постоянно двигаться.

Донные виды рыб очень редко всплывают в толщу воды, потому как там они сразу же заметны и привлекательны для хищников. У этих рыб сплющена спина, потому как у них нет необходимости постоянно плыть. Эти виды представлены бычками, камбалой, скатами и звездочетами. Полностью плоские рыбы, например, скаты – этот тот вид водных жителей, который превратил свои плавники в бока тела. Поэтому плыть им удается благодаря волнам, которые пробегают по их плоским очертаниям тела.

А вот рыбы, которые пребывают в постоянном движении, среди водных просторов, обладают сплющенным по бокам телом и головой. Такие рыбы делают движение вперед, изгибая свое тело, как пружину. Все их усилия – это движение, сокращение всех боковых мышц тела, которое сосредоточено на каждом взмахе хвоста. Так рыбы плавают у поверхности воды, ища мелкий планктон, или же уплывают от хищников, а могут и просто спокойно рассекать водную толщу.

Не учи рыбу плавать, - говорят в народе.

Но не все рыбы искусные пловцы. Есть и совсем беспомощные. Морские коньки, те вообще двигаются «стоймя», хвостом вниз. На спине у них торчит плавничок, который находится в постоянном движении. Посмотришь на таких и, кажется, будто ходят. Видимо, в прошлом они - жители мелководья и чувствовали себя у берега спокойно, без страха удалялись от своего убежища. А потом судьба занесла их в неведомый край, где до дна - километры. Тут опасно: не ровен час еще утонешь. Отдыхая, пришлось крепко держаться за водоросли- якорь спасения. Со временем приноровились цепляться хвостиком, как пружинкой.

Под стать коньку - паралепис. Живет эта маленькая рыбка тоже в вертикальном положении. Но глубины не боится, ныряя головой вниз, а потом резко поворачивается и, держа голову вверх, подымается.

Существуют и особые разновидности плавания, среди представителей рыб:

Если рыба плавает кверху брюхом, здесь могут иметь место несколько факторов:

• переедание;
• болезнь различного рода;
• смерть.

Один из сомиков африканских рек - его называют чернобрюхим - всегда держится брюшком кверху, в таком положении ему удобнее плыть. Еще тысячелетие назад это вызывало удивление древних египтян - странно так вести себя живой рыбе.

Рыба фугу

Сама рыба небольшого размера, примерно с ладонь. Она без чешуи и умеет плавать хвостом вперед. Если ее напугать, то рыба превращается в огромный шар с иголками, превышающий собственный размер рыбы в три раза. Она становится ядовитой со временем, так как рыба питается ядовитыми породами моллюсков.

Яд тетродотоксин присутствует в печени, молоках, половых органах, икре и на коже. Всего один миллиграмм тетродотоксина, попавший в организм человека, приводит к смерти. А в одной рыбе столько яда, что можно отравить сорок человек. Самое главное, что противоядие до сих пор не найдено.

Если немного пофантазировать и представить, что рыбу скрестили с насекомым, то результатом такого эксперимента вполне мог бы стать морской петух, представитель семейства лучеперых рыб. За долгие годы эволюции эти необычные рыбы, обитающие недалеко от берега в теплых и умеренных водах, обзавелись тремя парами «ног», которые, по распространенному мнению, помогают им передвигаться по дну. Морские петухи – прожорливые хищники, поедающие все, что вмещается в рот. Чтобы отыскать столь любимые ими лакомства - мелкую рыбу, червей, моллюсков или рачков, они прощупывают песок, ил, трещины в камнях своими ногами-щупальцами.

Туловище летающих рыб напоминает торпеду, их обтекаемые формы помогают развивать высокую скорость под водой. Этого достаточно, чтобы рыба буквально «воспарила» над морской гладью, расправив плавники-крылья. Как правило, за один полет рыбкам удается преодолеть около 50 метров, однако случается, что и все 200 м.

Особенности внешнего строения форели и лосося позволяют длительное время им 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.

Если бы мы представили состязание между ними - первенство оспаривал бы лосось.

Когда он спасается от врагов или сам гонится за добычей, то не отстанет от скорого поезда (70 километров в час). Акула проплывает в минуту свыше полкилометра. Ей чуждо состояние усталости. Предполагают, что если бы она плыла безостановочно, то за тридцать недель обогнула бы земной шар.

Но чемпионом, конечно, была бы меч-рыба - в час 100 километров.

Линь в час едва-едва продвинется на 13 километров. Он тихоход. Самые медлительные – морские коньки, они передвигаются 4мм/с.

Эти красавицы-рыбки настолько хороши и необычны, что остается лишь еще раз признать, как много еще не разгаданных секретов таит для нас природа.

Список использованной литературы:

• Большая энциклопедия животных/сост. А.Григорьева.Минск: «Белый город», 2005;
• Г.А. Юрмин,А.К. Дитрих «Потомучка»-М.:Педагогика-Пресс, 1998;
• Секреты природы.Удивительный мир растений/ЗАО «Издательский дом Ридерз Дойджест,1999;
• Что есть что. Подводные исследования./перевод О.А.Коротковой/ Слово, 1998;
• Что есть что. Рыбы./перевод О.А.Коротковой/ Слово, 1998;
• Моя первая энциклопедия/сост.Е.С. Чайка.-Минск:Харвест,2010;
• Новая энциклопедия школьника п/рЕ.Бубновой/Parragon,1999;
• Энциклопедия Жизнь животных, Т. 6, 1986, с. 407;
• Ю.К. Школьник Подводный мир. Обитатели морей. М.:ЭКСМО, 2014;

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).

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.