БИОЛОГИЯ - Рыбачьте с нами

Б И О Л ОГ ИЯ
Как
движутся
рыбы
Движущаяся вода предъявляет особые требования к ее обитателям.
Ни одна другая группа животных так не приспособлена к жизни в этой среде, как
рыбы. Лукас Бамматтер пристально рассмотрел, как движутся тело и плавники рыб.
114 • Рыбачьте с нами 8/2009
114_118.indd Abs1:114
7/22/09 1:25:57 PM
Щука – типичный
подкарауливающий добычу
охотник. Смещенные далеко
назад спинной и анальный
плавники позволяют ей
молниеносно бросаться
на кормовую рыбку.
Рыбачьте с нами 8/2009 • 115
114_118.indd Abs1:115
7/22/09 1:26:12 PM
Б И О Л ОГ ИЯ
Р
авномерными рывками я медленно веду воблер вдоль кромки
камыша. Глубина здесь всего
1 м, вода кристально прозрачная.
Несмотря на это, поклевка происходит
совершенно неожиданно. Как ракета
выскакивает большая щука и хватает
приманку. Такая рыболовная сцена –
вполне обычное явление. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как удается щуке с места стоянки так быстро
набрать ускорение? Сравнение с ракетой для объяснения этого феномена
совершенно уместное. Рыбы движутся
по так называемому принципу отдачи.
При этом окружающая их вода получает ускорение и отбрасывается назад.
Возникающие при этом реактивные
силы движут тело рыбы как двигатель
ракеты. Щука, как известно, обладает
хорошими спринтерскими способностями. Как функционирует движитель
щуки и других пресноводных рыб?
■ Форма тела
Пресноводных рыб делят на две
группы по типу плавания (что зависит
от формы тела): качающиеся пловцы (рис. a) и извивающиеся пловцы
(рис. b). Последние имеют вытянутое
в длину тело без хвостового плавника
или со слабовыраженным хвостовым
плавником, они движутся извиваясь
в воде и даже способны плыть назад.
Угорь – типичный представитель
извивающихся пловцов. Он редко
плавает быстро, но зато очень
гибок. Предпочтительные места
его обитания – реки и озера с
густой подводной растительностью,
камнями и отмершей древесиной.
Качающиеся и
извивающиеся пловцы
a
Движения
качающегося
(a) и
извивающегося
(b) пловцов
в сравнении.
Извивающийся
пловец
совершает
всем телом
S-образные
движения, в
то время как
качающийся
пловец для
продвижения
вперед
использует
только
туловище.
b
Типичными представителями этого
типа пловцов являются угорь и минога,
которые обитают вблизи дна в подводных джунглях из отмершей древесины
и водных растений. В этом жизненном
пространстве гибкость при продвижении вперед важнее, чем скорость.
Форма тела качающихся пловцов напоминает веретено, хвостовой плавник
полностью сформирован и четко отделен от туловища хвостовым корнем.
Вариации формы тела у качающихся
пловцов настолько велики, что этих
рыб еще приходится разделять на медленных и быстрых пловцов. У быстрых
пловцов, таких как форель или щука,
тело сигарообразное, вытянутое в
длину, а в поперечном сечении более
или менее круглое. Медленные пловцы, такие как карпы или лещи, имеют
компактное, уплощенное с боков тело.
Между двумя этими группами имеется
целый ряд рыб, строение тела которых
объединяет свойства обоих типов.
■ Плавники
Рыбы различаются не только по форме
тела, но и по строению и расположению плавников. Принципиально различают непарные (медианные) и парные
плавники. Последние располагаются
только на нижней стороне тела рыбы.
Брюшные и грудные плавники выполняют различные функции, которые,
116 • Рыбачьте с нами 8/2009
114_118.indd Abs1:116
7/22/09 1:26:21 PM
Названия плавников
размах
исходя из их формы, величины и расположения, иногда можно частично
непарные
разграничить. Главная задача парных
плавники
спинной плавник
плавников – стабилизировать тело
ширина
рыбы и управлять движением.
Но у отдельных пресноводных
рыб парные плавники имеют и
дополнительные функции. Чтобы
подняться к поверхности воды,
грудные
хариус расставляет грудные плав- хвостовой
плавники
анальный
плавник
ники и благодаря возникающей
парные
брюшные
плавник
подъемной силе без затрат энергии
плавники
плавники
устремляется наверх. Окуневые рыбы,
и способствуют продвижению вперед.
такие как речной окунь и судак, имеют
Различные формы тела, а также строегрудные и брюшные плавники с подние и расположение плавников сповижными основаниями. К тому же плавсобствуют приспосабливаемости рыб
ники сильно смещены вперед к груди,
к различным типам водоемов и образу
что означает их грудное расположение.
жизни. Форели из ручьевого региона
Благодаря этому рыбы в состоянии
имеют узкое прогонистое тело. Оно
парить на месте и могут даже слегка
создано для жизни в быстротекущей
плыть назад.
о:
В.
Ха
уэ
р
Не только строение тела и плавники, но
и поверхность тела имеют решающее
значение для продвижения рыб вперед.
В противоположность распространенному мнению чешуя у пресноводных
рыб не влияет на движение. Большее
значение имеет слой слизи,
который покрывает чешую.
Рыбья слизь – это аддитив,
известный в промышленности
как вспомогательное вещество, которое применяется
для того, чтобы усилить
от
Медианные плавники расположены
поодиночке на срединной оси тела.
К ним относятся анальный и хвостовой плавники, а также все плавники
на спине рыбы. Анальный и спинной
плавники стабилизируют вертикальное
положение рыбы в воде. Они сглаживают небольшие завихрения воды или
возникающие при движении вперед
колебания. Большие спинные плавники
рыб, обитающих на течении, таких как
хариус и усач, являются стабилизаторами, которые берут на себя
тонкую регулировку положения
тела на сильном течении.
Основная функция хвостового плавника заключается в обеспечении
продвижения вперед.
При кратковременных
рывках, например при
охоте или при бегстве, решающую роль играет именно хвостовой
плавник. По строению хвостового
плавника можно точно определить
способ продвижения вперед этих рыб.
Критерием при этом служат его форма,
размах и ширина. Если разделить размах от одного кончика плавника до другого на среднюю ширину, то получится
соотношение сторон. У быстрых пресноводных рыб, таких как лосось, соотношение сторон равняется 3 или 4, у
медленных пловцов, таких как карпы и
лини, этот показатель достигает всего
лишь 1 или 2. У рыб, которые движутся
вперед, извиваясь, непарные плавники только немного отделены друг от
друга (налим, круглоротые рыбы) или
совершенно срослись (угорь). Они и
оказывают стабилизирующее действие,
Лещ относится к медленным
пловцам. Его высокая спина
помогает в поисках пищи на
дне водоема.
■ Слизь против
турбулентности
Ф
■ Стабилизация в воде
и другие нехищные рыбы уплощены
с боков и высокотелы. Такая форма
стабилизирует тело при плавательных
маневрах в тесном пространстве. Рыбы
вышеназванных видов используют это
преимущество при потреблении корма,
когда они обследуют дно водоема с
наклоненным вниз телом в поисках
мелких животных.
воде. К тому же форели благодаря
короткому компактному телу очень
подвижны и могут быстро реагировать
на проплывающую мимо добычу. Хотя
короткое время они могут удерживаться и на сильном течении, но держатся
преимущественно в затишьях, под камнями и другими препятствиями. Иначе
обстоит дело у хариусов и усачей.
Они стоят в основном на быстротекущих участках реки, вплотную ко дну.
Типичными для такого образа жизни
являются большие спинные плавники и
голова с нижним ртом. Благодаря этому
вода, не оказывая большого давления,
течет мимо рыб. Спокойно текущие или
стоячие водоемы лещевого региона
являются средой обитания медленных
пловцов. Лещи, отчасти карпы, лини
желаемые
свойства
горючего или
смазочного
вещества
или подавить
нежелательные эффекты.
У рыб слизь
помогает минимизировать силу
сопротивления плаванию. Рыбья слизь
состоит из молекул с длинными цепочками и микроскопически маленьких
очень упругих волокон. По этой причине она хорошо держится на коже
рыб, и смывается с большим трудом.
Благодаря тонким волокнам слизь улавливает микрозавихрения, возникающие
при продвижении вперед, гася турбулентность. Физические свойства воды
имеют решающее значение для продвижения рыб вперед. Плавание рыб
возможно только в том случае, если
вода, имея высокую плотность, обладает текучестью. Вода в 800 раз плотнее
воздуха, но все же она очень текучая.
Чтобы рыбы могли оптимально, то есть
при минимальной затрате энергии,
Рыбачьте с нами 8/2009 • 117
114_119.indd Abs1:117
7/22/09 3:55:27 PM
Б И О Л ОГ ИЯ
Ручьевая форель обитает, главным образом, в быстротекущих водоемах альпийского и предальпийского
регионов. Она держится предпочтительно в защищенных от течения местах за камнями и отмершей древесиной.
Лишь изредка она стоит непосредственно на сильном течении.
продвигаться вперед с достаточной
скоростью, они должны эти условия
учитывать.
■ Преодоление
сопротивления
Вода оказывает рыбам при движении
сопротивление, обозначаемое как
сопротивление потока. Оно проявляется в двух формах – лобовое сопротивление и сопротивление трения.
Оба вида сопротивления действуют в
направлении, противоположном движению рыбы, и могут быть преодолены
лишь при больших затратах энергии.
Лобовое сопротивление на переднем
конце тела рыбы самое большое, а
позади него наименьшее. Лучше всего
этот принцип можно понять, представив едущего в тени за лидером
велосипедиста. Лидер чувствует большее сопротивление при езде, чем его
коллега позади него. Лобовое сопротивление меняется в зависимости от
плотности жидкости, скорости рыбы и
ее формы. Сопротивление трения возникает вследствие соприкосновения
поверхности тела рыбы с окружающей
его водой. Если рыба находится в движении, она увлажнятся тонким слоем
воды, который движется вместе с ней.
Между этим слоем воды и ближайшим
граничащим с ним слоем возникает так
называемый пограничный слой. Если
пресноводные рыбы движутся вперед,
последующие слои воды скользят по
этому пограничному слою, не вызывая
при этом завихрений. На языке спе-
циалистов это называется «ламинированным течением». Чтобы добиться
такого эффекта, движущийся вперед
объект должен иметь гладкую поверхность и веретенообразную форму тела.
Имеющие маленькие гладкие чешуйки
и покрытое слизью тело, рыбы в наших
озерах и реках удовлетворяет этим требованиям почти безукоризненно.
Быстрый старт
у лососевых
3
■ Завораживающие
движения
Рыбы змееподобной формы очень гибкие, однако могут плавать лишь медленно. Для продвижения вперед они
совершают всем телом S-образные
движения, используя при этом сопротивление трения воды. Подобный вид
движения вперед работает и на суше.
Для преодоления плотин угри иногда
выходят на сушу и переползают через
препятствие. При движении по сырой
траве они способны дышать через
кожу. Намного быстрее, но только
в течение короткого времени может
двигаться вперед щука. Как стрела
она выскакивает из укрытия и хватает добычу. Но может и неторопливо
проплывать большие расстояния.
Лососи и форели тоже имеют подобное строение. Они могут осуществлять
быстрый спринт и оставаться при этом
еще очень гибкими. Тот, кто видел
когда-нибудь, как форель поднимается
за падающим в воду кормом, может
это подтвердить. Самое интересное
у форелей и лососей – их быстрый
старт. Из-за большой реальной ско-
2
1
Рисунок: Р. Янке
Лососи и форели при быстром
старте сгибают свое тело из положения покоя (1) в положение,
напоминающее серп (2). Благодаря
молниеносному распрямлению они
катапультируются в любом нужном
направлении (3).
рости нельзя распознать, сгибается
ли их тело сначала в форме буквы С,
перед тем как в молниеносном броске
катапультироваться в любом нужном
направлении. Они способны выскакивать из укрытия и бросаться на добычу. Форель и лосось со своими прогонистыми торпедообразными телами,
действительно, очень похожи на
ракету, чего нельзя сказать о
карпах.
118 • Рыбачьте с нами 8/2009
114_118.indd Abs1:118
7/22/09 1:26:47 PM