Физиология движения и мускулатура рыб. Поступательное движение и внешние особенности рыб Передвижение рыбы

Наверное, каждый человек, смотря на аквариум, испытывает какие-то странные чувства. Это и спокойствие, и расслабленность. А разве кто-то не был на рыбалке? Вы должны помнить эти ощущения, это волнение, спортивный интерес. 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.

Внутри у рыб расположен 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.

Плотность тела рыбы равна плотности воды, поэтому рыба дополнительно удерживается в вертикальном плавающем положении благодаря этой особенности своего организма. Также свое движение каждый представитель данного ряда живой природы водных глубин регулирует за счет плавников.

Приспособления рыб

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:

Основной «двигатель» рыбы.

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.

Постоянно в движении

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 находиться в состоянии движения.

Донные виды

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.

Нетипичное плавание

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

переедание;
болезнь различного рода;
смерть.

Существуют и особые разновидности плавания, среди представителей рыб: морские иглы и коньки превратили свои хвостовые плавники в обычный хвост. Поэтому движение они осуществляют за счет своих спинных плавников. Мир рыб очень разнообразен, существуют его представители, которые не только плавают, но и ходят по дну, как, к примеру, морские петухи и собаки.

Некоторые рыбы различных систематических групп пользуются большими грудными плавниками для планирующего полета.

Особенного совершенства в этом типе передвижения достигают обыкновенные летучие рыбы (Exocoetus), несколько десятков видов которых широко распространены по тропическим и субтропическим морям. Основным двигателем, дающим начальную скорость при полете, служит хвост. Выскочив из воды, летучая рыба еще некоторое время скользит по ее поверхности, работая хвостом и увеличивая скорость поступательного движения, которое прекращается только тогда, когда рыба вполне отрывается от воды и летит по воздуху. Быстро достигнув высшей точки подъема, она начинает постепенно опускаться, но, достигнув хвостом воды, опять набирает скорость для полета и т. д. Весь полет длится до 18 сек, и рыба за это время со скоростью 7—20 м/сек пролетает до 200 м, но в исключительных случаях может находиться в воздухе до 1 мин и пролететь расстояние до 400 м.

Ряд донных рыб пользуются для передвижения по дну водоема видоизмененными грудными плавниками. Таковы многопер, илистый прыгун (Periophthalmus), морской черт, тригла (Trigla). У триглы три передних луча грудного плавника свободны и могут самостоятельно двигаться, выполняя роль ног, тогда как прыгуны и анабас, как уже указывалось выше, способны подолгу находиться вне воды, причем прыгун двигается прыжками, действуя грудными плавниками и хвостом, анабас же ползает по суше при помощи грудных плавников и помогает себе при лазании шипами жаберной крышки.

Вода приблизительно в 800 раз плотнее воздуха, поэтому движение в воде требует больших усилий. У рыб большинства видов продвижение в воде достигается главным образом благодаря мускулам, изгибающим тело, и хвостовому плавнику, в то время как за точное маневрирование и медленные движения ответственны другие плавники. Рыбы многих видов имеют внутренний орган, наполненный газом, который называется плавательным пузырем (или воздушным пузырем). Он помогает рыбам достигать нейтральной плавучести. Слизистое покрытие кожи снижает трение при движении. Скорость движения в воде у рыб разных видов значительно отличается и может зависеть от среды обитания, а также от других факторов - например, от привычек, связанных с питанием, и необходимости избегать хищников. В целом рыбы из быстрых рек более ловкие и обтекаемые, а следовательно, потенциально более проворные, чем те, которые обитают в медленно текущих реках или прудах со стоячей водой.

Плавники играют решающую роль в передвижении. Типичный костистый плавник состоит из мягких или твердых лучей (шипов), которые поддерживают тонкую, нередко прозрачную ткань - перепонку плавника. Обычно у рыб бывает семь плавников, из которых три непарные. Это так называемые срединные плавники, а именно спинной, анальный и хвостовой (хвост). Остальные четыре плавника распределены попарно - это грудные и брюшные плавники. Они предназначены прежде всего для управления движением.
У многих рыб, помимо этих семи стандартных плавников, есть и другие. В то же время у некоторых рыб количество плавников меньше семи. Например, многие харациновые рыбы (в частности, тетры) и большинство сомов имеют восьмой плавник. Это так называемый жировой плавник, расположенный позади спинного плавника. Он называется так потому, что содержит жировую ткань. У некоторых мелких тетр этот жировой плавник совсем крошечный и прозрачный, поэтому его трудно различить. А у некоторых сомов - например, у перистоусых сомиков Synodontis spp. и Auchenoglanis spp. - он очень большой и пигментированный.
В плавниках могут проявляться значительные межвидовые различия, и эти различия нередко имеют важное таксономическое значение (для различения представителей разных семейств, родов и видов). Например, спинные плавники разных рыб обычно отличаются по размерам, расположению на спине и строению плавниковых лучей. У представителей некоторых групп имеется два спинных плавника. Среди аквариумных рыбок это бычки, илистые прыгуны, стеклянные окуни (семейство Ambassidae), а также радужницы. Однако некоторые стеклянные сомы (криптоптерусы Kryptopterus spp.) и рыбы-ножи (например, из семейства гимнотовых) вообще не имеют спинных плавников. У змееголовых (род ханна Channa spp.) и сомов клариасов Clarias спинной плавник имеет форму ленты и тянется на две трети длины рыбы, в то время как у представителей семейства хоботнорылых Mastacembelidae этот плавник представлен рядом отдельных шипов. Карповые Cyprinidae - карпы, барбусы и представители родственных видов - имеют спинные плавники, состоящие из мягких лучей, в то время как у представителей семейства цихловых лучи плавников могут быть как мягкими, так и в виде шипов.

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).