Плавники рыб: форма, строение
Плавники рыб: форма, строение.
У различных рыб размеры, форма, количество, положение и функции плавников различны. Но их изначальная и основная роль сводится к тому, что плавники позволяют сохранять равновесие тела в воде, участвуют в маневренном движении.
У ряда групп рыб, в частности у лососевых, харациновых, косатковых и др. позади спинного плавника имеется так называемый жировой плавник, который лишен плавниковых лучей (p.adiposa).
Грудные плавники обычны у костных рыб, в то время как у муреновых и некоторых других, они отсутствуют. Миноги и миксины полностью лишены и грудных, и брюшных плавников. У скатов наоборот, грудные плавники сильно увеличены и выполняют основную роль как органы их движения. Но особенно сильно грудные плавники развились у летающих рыб, что позволяет им выскочив на большой скорости из воды, буквально парить в воздухе, при этом пролетая большие расстояния над водой. Три луча грудного плавника у морского петуха полностью обособлены и выполняют роль ног при ползании по грунту.
Брюшные плавники у различных рыб могут занимать различное положение, что связано с перемещением центра тяжести, вызванного сокращением брюшной полости и концентрацией внутренностей в передней части тела. Абдоминальное положение – когда брюшные плавники находятся примерно на середине брюшка, что мы наблюдаем у акул, сельдеобразных, карпообразных. При торакальном положении брюшные плавники смещены к передней часть тела, как у окунеобразных. И, наконец, югулярное положение, при котором брюшные плавники расположены впереди грудных и на горле, как у тресковых.
У разных групп рыб может быть различное количество спинных плавников. Так, у сельдеобразных и карпообразных он один, кефалеобразные и окунеобразные имеют два спинных плавника, а у трескообразных их три. При этом расположение спинных плавников может быть различно. У щуки спинной плавник смещен далеко назад, у сельдеобразных, карпообразных он находится на середине тела, а у таких рыб, как окунь и треска, имеющие массивную переднюю частью тела, один из них располагается поближе к голове. Самый длинный и высокий спинной плавник у рыбы парусника, достигая у нее действительно больших размеров. У камбалы он имеет вид длинной ленты, идущей вдоль всей спины и одновременно с почти таким же анальным, является их основным органом движения. А такие скумбриеобразные, как скумбрия, тунец и сайра, приобрели в процессе эволюции маленькие добавочные плавнички, расположившиеся позади спинного и анального плавников.
Отдельные лучи спинного плавника иногда вытягиваются в длинные нити, а у морского черта первый луч спинного плавника смещен на морду и преобразовался в своеобразную удочку. Именно он выполняет роль приманки, как и у глубоководного удильщика. У последнего на этой удочке располагается особая приманка, которой служит их светящийся орган. Первый спинной плавник у рыбы-прилипалы также сместился на голову и превратился в настоящую присоску. Спинной плавник у малоподвижных придонных видов рыб он слабо развит, как например у сомов, или может вовсе отсутствовать, как у скатов. Нет спинного плавника и у знаменитого электрического угря.
Рыбий плавник
СОДЕРЖАНИЕ
Типы [ править ]
Для каждого типа плавников существует ряд видов рыб, у которых этот конкретный плавник был утрачен в ходе эволюции.
Спинные плавники расположены на спине. У рыбы может быть до трех спинных плавников. Спинные плавники служат для защиты рыбы от перекатывания и помогают ей при резких поворотах и остановках.
Функция жирового плавника остается загадкой. Его часто обрезают, чтобы пометить выращенную в заводских условиях рыбу, хотя данные за 2005 год показали, что у форели с удаленным жировым плавником частота ударов хвоста на 8% выше. [4] [5] Дополнительная информация, опубликованная в 2011 году, предполагает, что плавник может иметь жизненно важное значение для обнаружения и реакции на раздражители, такие как прикосновение, звук и изменения давления. Канадские исследователи определили нейронную сеть в плавнике, указав, что она, вероятно, выполняет сенсорную функцию, но до сих пор не уверены, каковы будут последствия ее удаления. [6] [7]
У большинства современных рыб ( костистых ) есть гомоцеркальный хвост. Они бывают разных форм и могут появиться:
Финлеты хвостового киля
Костные рыбы [ править ]
Лопастные [ править ]
Лучеплавник [ править ]
Шипы имеют множество применений. У сома они используются как форма защиты; у многих сомов есть способность запирать свои шипы наружу. Триггер также использует шипы, чтобы запираться в щелях, чтобы их не вытащили.
Хрящевые рыбы [ править ]
Создание тяги [ править ]
Кавитация возникает, когда из-за отрицательного давления в жидкости образуются пузырьки (полости), которые затем быстро и резко схлопываются. Это может привести к значительным повреждениям и износу. [22] Кавитация может повредить хвостовые плавники сильных плавающих морских животных, таких как дельфины и тунцы. Кавитация чаще возникает у поверхности океана, где давление воды в окружающей среде относительно низкое. Даже если у дельфинов есть возможность плавать быстрее, дельфинам, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывание кавитационных пузырей на их хвосте слишком болезненно. [23] Кавитация также замедляет тунца, но по другой причине. В отличие от дельфинов, эти рыбы не чувствуют пузырьков, потому что у них костлявые плавники без нервных окончаний. Тем не менее, они не могут плавать быстрее, потому что кавитационные пузыри создают вокруг их плавников паровую пленку, которая ограничивает их скорость. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям. [23]
Управление движением [ править ]
Как только движение установлено, им можно управлять с помощью других плавников. [21] [28]
Воспроизведение [ править ]
Другое использование [ править ]
Эволюция [ править ]
Эволюция парных плавников [ править ]
Существуют две преобладающие гипотезы, которые исторически обсуждались как модели эволюции парных плавников у рыб: теория жаберных дуг и теория боковых плавниковых складок. Первая, обычно называемая « гипотезой Гегенбаура », была высказана в 1870 году и предполагает, что «парные плавники произошли от жаберных структур». [50] Эта теория потеряла популярность в пользу теории боковых плавниковых складок, впервые предложенной в 1877 году, которая предполагает, что парные плавники образовались из продольных боковых складок эпидермиса сразу за жабрами. [51] Обе гипотезы в летописи окаменелостей и эмбриологии слабо подтверждаются. [52] Однако недавние исследования паттернов развития побудили пересмотреть обе теории, чтобы лучше выяснить происхождение парных плавников.
Классические теории [ править ]
Теория боковых плавниковых складок выдвинула гипотезу о том, что парные плавники образовались из боковых складок вдоль стенки тела рыбы. [51] Подобно тому, как сегментация и зачаток средней плавниковой складки привели к возникновению срединных плавников, аналогичный механизм сегментации зачатка плавника и удлинения от боковой плавниковой складки был предложен, чтобы дать начало парным грудным и тазовым плавникам. Однако в летописи окаменелостей было мало свидетельств перехода от боковой складки к плавнику. [55] Кроме того, позже было филогенетически продемонстрировано, что грудные и тазовые плавники имеют разные эволюционные и механистические корни. [52]
Эволюционная биология развития [ править ]
Подобное обновление старой теории можно найти в программировании развития хондриктиновых жаберных дуг и парных придатков. В 2009 году исследователи из Чикагского университета продемонстрировали, что существуют общие механизмы формирования молекулярного паттерна в раннем развитии хондриктиновой жаберной дуги и парных плавников. [58] Подобные открытия побудили пересмотреть некогда опровергнутую теорию жаберных дуг. [55]
От плавников до конечностей [ править ]
— Аристотель, De incessu animalium [64]
В 2011 году исследователи из Университета Монаша в Австралии использовали примитивных, но все еще живых двоякодышащих рыб, «чтобы проследить эволюцию мышц тазового плавника, чтобы выяснить, как развивались несущие нагрузку задние конечности четвероногих». [65] [66] Дальнейшие исследования в Чикагском университете показали, что ходящие по дну двоякодышащие рыбы уже развили характеристики походки наземных четвероногих. [67] [68]
Плавники или ласты разной формы и в разных местах (конечности, тело, хвост) также эволюционировали в ряде других групп четвероногих, включая ныряющих птиц, таких как пингвины (измененные из крыльев), морские черепахи (передние конечности, преобразованные в ласты), мозазавры. (конечности превращены в ласты) и морских змей (вертикально расширенный, сплюснутый хвостовой плавник).
Роботизированные плавники [ править ]
Роботизированные рыбы предлагают некоторые исследовательские преимущества, такие как возможность исследовать отдельную часть конструкции рыбы отдельно от остальной рыбы. Однако это может привести к чрезмерному упрощению биологии и упустить из виду ключевые аспекты дизайна животных. Роботизированные рыбы также позволяют исследователям изменять один параметр, например гибкость или конкретное управление движением. Исследователи могут напрямую измерять силы, что непросто сделать с живой рыбой. «Роботизированные устройства также облегчают трехмерные кинематические исследования и коррелированный гидродинамический анализ, поскольку можно точно знать местоположение локомоторной поверхности. Кроме того, можно запрограммировать отдельные компоненты естественного движения (например, обратный ход или прямой ход взмахивающего придатка). отдельно, чего, конечно, сложно добиться при работе с живым животным ». [92]
Рыбий плавник
Содержание
Типы [ править ]
Для каждого типа плавников существует ряд видов рыб, у которых этот плавник был утрачен в процессе эволюции.
Спинные плавники расположены на спине. У рыбы может быть до трех спинных плавников. Спинные плавники служат для защиты рыбы от перекатывания и помогают ей при резких поворотах и остановках.
Функция жирового плавника остается загадкой. Его часто обрезают, чтобы пометить выращенную в заводских условиях рыбу, хотя данные 2005 года показали, что форель с удаленным жировым плавником имеет на 8% более высокую частоту ударов хвостом. [4] [5] Дополнительная информация, опубликованная в 2011 году, предполагает, что плавник может иметь жизненно важное значение для обнаружения и реакции на раздражители, такие как прикосновение, звук и изменения давления. Канадские исследователи определили нейронную сеть в плавнике, указав, что она, вероятно, выполняет сенсорную функцию, но до сих пор не уверены, каковы будут последствия ее удаления. [6] [7]
У большинства современных рыб ( костистых ) хвост гомоцеркальный. Они бывают разных форм и могут выглядеть:
Финлеты хвостового киля
Костные рыбы [ править ]
Лопастные [ править ]
Лучеплавник [ править ]
Шипы имеют множество применений. У сома они используются как форма защиты; у многих сомов есть способность запирать свои шипы наружу. Триггер также использует шипы, чтобы запираться в щелях, чтобы их не вытащили.
Хрящевые рыбы [ править ]
Создание тяги [ править ]
Кавитация возникает, когда отрицательное давление вызывает образование пузырьков (полостей) в жидкости, которые затем быстро и резко схлопываются. Это может вызвать значительные повреждения и износ. [22] Кавитация может повредить хвостовые плавники мощных плавающих морских животных, таких как дельфины и тунцы. Кавитация более вероятна у поверхности океана, где давление воды в окружающей среде относительно низкое. Даже если у дельфинов есть способность плавать быстрее, им, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывание кавитационных пузырей на их хвосте слишком болезненно. [23] Кавитация также замедляет тунца, но по другой причине. В отличие от дельфинов, эти рыбы не чувствуют пузырьков, потому что у них костлявые плавники без нервных окончаний. Тем не менее, они не могут плавать быстрее, потому что кавитационные пузыри создают вокруг их плавников паровую пленку, которая ограничивает их скорость. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям. [23]
Управление движением [ править ]
Как только движение установлено, им можно управлять с помощью других плавников. [21] [28]
Воспроизведение [ править ]
Другое использование [ править ]
Эволюция [ править ]
Эволюция парных плавников [ править ]
Существуют две преобладающие гипотезы, которые исторически обсуждались как модели эволюции парных плавников у рыб: теория жаберных дуг и теория боковых плавниковых складок. Первая, обычно называемая « гипотезой Гегенбаура », была высказана в 1870 году и предполагает, что «парные плавники произошли от жаберных структур». [50] Эта теория потеряла популярность в пользу теории боковых плавниковых складок, впервые предложенной в 1877 году, которая предполагает, что парные плавники образовались из продольных боковых складок эпидермиса сразу за жабрами. [51] Обе гипотезы в летописи окаменелостей и эмбриологии слабо подтверждаются. [52] Однако недавние открытия, полученные в результате формирования паттернов развития, побудили пересмотреть обе теории, чтобы лучше выяснить происхождение парных плавников.
Классические теории [ править ]
Теория боковой плавниковой складки выдвинула гипотезу о том, что парные плавники образовались из боковых складок вдоль стенки тела рыбы. [55] Подобно тому, как сегментация и зачаток средней плавниковой складки привели к возникновению срединных плавников, аналогичный механизм сегментации зачатка плавника и удлинения от боковой плавниковой складки был предложен, чтобы дать начало парным грудным и брюшным плавникам. Однако в летописи окаменелостей было мало свидетельств перехода от боковой складки к плавнику. [56] Кроме того, позже было филогенетически продемонстрировано, что грудные и брюшные плавники имеют разные эволюционные и механистические корни. [52]
Эволюционная биология развития [ править ]
Подобное обновление старой теории можно найти в программировании развития хондриктиновых жаберных дуг и парных придатков. В 2009 году исследователи из Чикагского университета продемонстрировали, что в раннем развитии хондриктиновой жаберной дуги и парных плавников существуют общие механизмы формирования молекулярного паттерна. [59] Подобные открытия побудили пересмотреть некогда опровергнутую теорию жаберных дуг. [56]
От плавников до конечностей [ править ]
— Аристотель, De incessu animalium [65]
В 2011 году исследователи из Университета Монаша в Австралии использовали примитивных, но все еще живых двоякодышащих рыб, «чтобы проследить эволюцию мышц тазового плавника, чтобы выяснить, как развивались несущие нагрузку задние конечности четвероногих». [66] [67] Дальнейшие исследования в Чикагском университете показали, что идущие по дну двоякодышащие рыбы уже развили характеристики походки наземных четвероногих. [68] [69]
Плавники или ласты разной формы и в разных местах (конечности, тело, хвост) также эволюционировали в ряде других групп четвероногих, включая ныряющих птиц, таких как пингвины (измененные из крыльев), морские черепахи (передние конечности, преобразованные в ласты), мозазавры. (конечности превращены в ласты) и морские змеи (вертикально расширенный, сплющенный хвостовой плавник).
Роботизированные плавники [ править ]
Роботизированные рыбы предлагают некоторые исследовательские преимущества, такие как возможность исследовать отдельную часть конструкции рыбы отдельно от остальной рыбы. Однако это может привести к чрезмерному упрощению биологии и упустить из виду ключевые аспекты дизайна животных. Роботы-рыбы также позволяют исследователям изменять один параметр, например гибкость или конкретное управление движением. Исследователи могут напрямую измерять силы, что непросто сделать с живой рыбой. «Роботизированные устройства также облегчают трехмерные кинематические исследования и коррелированный гидродинамический анализ, так как можно точно знать местоположение локомоторной поверхности. Кроме того, можно запрограммировать отдельные компоненты естественного движения (например, обратный ход или шаг взмахивающего отростка) отдельно, чего, конечно, трудно добиться при работе с живым животным ». [93]
Содержание
Для каждого типа плавников существует ряд видов рыб, у которых этот плавник был утрачен в процессе эволюции.
Спинные плавники расположены на спине. У рыбы может быть до трех спинных плавников. Спинные плавники служат для защиты рыбы от перекатывания и помогают ей при резких поворотах и остановках.
Функция жирового плавника остается загадкой. Его часто обрезают, чтобы пометить выращенную в заводских условиях рыбу, хотя данные 2005 года показали, что форель с удаленным жировым плавником имеет на 8% более высокую частоту ударов хвостом. [4] [5] Дополнительная информация, опубликованная в 2011 году, предполагает, что плавник может иметь жизненно важное значение для обнаружения и реакции на раздражители, такие как прикосновение, звук и изменения давления. Канадские исследователи определили нейронную сеть в плавнике, указав, что она, вероятно, выполняет сенсорную функцию, но до сих пор не уверены, каковы будут последствия ее удаления. [6] [7]
Исследование, опубликованное в 2014 году, показывает, что жировой плавник неоднократно развивался в отдельных линиях. [8]
(Хвостовой плавник)
Самые современные рыбы (костистые кости) имеют гомоцеркальный хвост. Они бывают разных форм и могут появиться:
Финлеты
Финлеты небольшие плавники, обычно позади спинного и анального плавников (в бихиры, на спинной поверхности есть только плавники, а спинной плавник отсутствует). У некоторых рыб, таких как тунец или сайры, они не имеют лучей, не выдвигаются и находятся между последним спинным и / или анальным плавниками и хвостовым плавником.
Костные рыбы
Лопаточный плавник
Рыбы с лопастными плавниками сформировать класс костлявые рыбы называется Sarcopterygii. У них мясистые, дольчатый, парные плавники, которые соединяются с телом одной костью. [11] Плавники рыб с лопастными плавниками отличаются от плавников всех остальных рыб тем, что каждый имеет мясистый, лопастевидный чешуйчатый стебель, отходящий от тела. Грудной и тазовые плавники имеют сочленения, напоминающие суставы конечностей четвероногих. Эти плавники превратились в ноги первых четвероногих наземных позвоночных, амфибии. У них также есть два спинных плавника с отдельными основаниями, в отличие от одного спинного плавника. рыба с плавниками.
В латимерия это рыба с лопастными плавниками, которая сохранилась до наших дней. Считается, что примерно 408 миллионов лет назад, в раннем девоне, он превратился примерно в свою нынешнюю форму. [12] Передвижение латимерии уникально для их вида. Чтобы передвигаться, латимерия чаще всего пользуется преимуществами восходящего или нисходящего течения и дрейфа. Они используют свои парные плавники, чтобы стабилизировать движение в воде. На дне океана их парные плавники не используются ни для каких движений. Целаканты могут создавать тягу для быстрого старта с помощью хвостовых плавников. Благодаря большому количеству плавников, латимерии обладают высокой маневренностью и могут ориентировать свое тело практически в любом направлении в воде. Они были замечены в стойках на голове и плавании животом вверх. Считается, что их ростральный орган помогает латимерию обрести электроповосприятие, которое помогает им перемещаться вокруг препятствий. [13]
Лучеплавник
Рыбы со скатными плавниками сформировать класс костлявые рыбы называется Actinopterygii. Их плавники содержат шипы или лучи. Плавник может содержать только колючие лучи, только мягкие лучи или их комбинацию. Если присутствуют оба, колючие лучи всегда передний. Шипы обычно жесткие и острые. Лучи обычно мягкие, гибкие, сегментированные и могут быть разветвленными. Эта сегментация лучей является основным отличием, отделяющим их от шипов; у некоторых видов шипы могут быть гибкими, но никогда не будут сегментированы.
Шипы имеют множество применений. В сом, они используются как форма защиты; у многих сомов есть способность запирать свои шипы наружу. Спинорог также используйте шипы, чтобы запираться в щелях, чтобы их не вытащили.
Хрящевые рыбы
Хрящевые рыбы образуют класс рыб под названием Chondrichthyes. У них есть скелеты из хрящ скорее, чем кость. В класс входят акулы, лучи и химеры. Скелеты акульих плавников удлинены и поддерживаются мягкими и несегментированными лучами, называемыми цератотрихиями, нитями эластичного белка, напоминающими роговые. кератин в волосах и перьях. [16] Первоначально грудной и тазовый пояса, не содержащие никаких кожных элементов, не соединялись. В более поздних формах каждая пара плавников стала соединяться вентрально посередине, когда развились скапулокоракоидные и лобковидные перемычки. В лучигрудные плавники соединены с головой и очень гибкие. Одной из основных характеристик большинства акул является гетероцеркальный хвост, который помогает при передвижении. [17] У большинства акул восемь плавников. Акулы могут удаляться только от объектов прямо перед ними, потому что их плавники не позволяют им двигаться в направлении хвоста вперед. [18]
Как и у большинства рыб, хвосты акул обеспечивают толчок, делая скорость и ускорение зависимыми от формы хвоста. Хвостовой плавник формы значительно различаются между видами акул из-за их эволюции в разных средах. Акулы обладают гетероцеркальный хвостовой плавник, в котором спинной порция обычно заметно больше, чем вентральный часть. Это потому, что акула позвоночник простирается в эту спинную часть, обеспечивая большую площадь поверхности для мышца привязанность. Это позволяет более эффективно движение среди них отрицательно жизнерадостный хрящевые рыбы. Напротив, большинство костистых рыб обладают гомоцеркальный хвостовой плавник. [19]
Тигровые акулы иметь большой верх мочка, что позволяет использовать медленное движение и резкие скачки скорости. Тигровая акула должна легко поворачиваться в воде во время охоты, чтобы поддерживать свой разнообразный рацион, в то время как белоснежная акула, который охотится на стайную рыбу, такую как скумбрия и сельдь, имеет большую нижнюю лопасть, чтобы не отставать от быстро плывущей добычи. [20] Другие приспособления хвоста помогают акулам более прямо ловить добычу, например, молотильная акулаего мощная удлиненная верхняя доля используется для оглушения рыб и кальмаров.
Создание тяги
Фольга сформированный плавники генерировать толчок при движении подъем плавника приводит в движение воду или воздух и толкает плавник в противоположном направлении. Водные животные становятся значительными толчок перемещая ласты вперед и назад в воде. Часто хвостовой плавник используется, но некоторые водные животные создают тягу от грудные плавники. [21]
Кавитация возникает, когда отрицательное давление вызывает образование пузырьков (полостей) в жидкости, которые затем быстро и резко схлопываются. Это может вызвать значительные повреждения и износ. [22] Кавитация может повредить хвостовые плавники сильных плавающих морских животных, таких как дельфины и тунцы. Кавитация более вероятна у поверхности океана, где давление воды в окружающей среде относительно низкое. Даже если у дельфинов есть способность плавать быстрее, им, возможно, придется ограничить свою скорость, потому что схлопывание кавитационных пузырей на их хвосте слишком болезненно. [23] Кавитация также замедляет тунца, но по другой причине. В отличие от дельфинов, эти рыбы не чувствуют пузырьков, потому что у них костлявые плавники без нервных окончаний. Тем не менее, они не могут плавать быстрее, потому что кавитационные пузыри создают вокруг их плавников паровую пленку, которая ограничивает их скорость. На тунце были обнаружены повреждения, соответствующие кавитационным повреждениям. [23]
Scombrid рыбы (тунец, скумбрия и скумбрия) являются особенно хорошими пловцами. Вдоль края в задней части их тел проходит линия маленьких неубирающихся плавников без лучей, известных как плавники. Было много предположений о функции этих плавников. Исследования, проведенные в 2000 и 2001 годах Науэном и Лаудером, показали, что «плавники оказывают гидродинамическое воздействие на локальный поток во время устойчивого плавания» и что «самый задний плавник ориентирован так, чтобы перенаправлять поток в развивающийся хвостовой вихрь, что может увеличить тягу, создаваемую хвост плавательной скумбрии ». [24] [25] [26]
Рыбы используют несколько плавников, поэтому возможно, что один плавник может гидродинамически взаимодействовать с другим плавником. В частности, плавники непосредственно перед хвостовым (хвостовым) плавниками могут быть ближайшими плавниками, которые могут напрямую влиять на динамику потока в хвостовом плавнике. В 2011 году исследователи, использующие объемное изображение Методы смогли создать «первые мгновенные трехмерные изображения структур спутного следа, которые создаются свободно плавающими рыбами». Они обнаружили, что «непрерывные удары хвостом привели к образованию связанной цепочки вихревых колец» и что «следы спинного и анального плавников быстро увлекаются следом хвостового плавника, примерно в пределах периода времени последующего удара хвостом». [27]
Контроль движения
Как только движение установлено, им можно управлять с помощью других плавников. [21] [28]
