Скорость передвижения (плавания) водных организмов

Таблица 36

Стандартная скорость плавания рыб принимается обычно как 4 Л. У мелких рыб при бросках эта скорость может намного превышать отношение к длине тела. Так как сопротивление движению пропорционально квадра­ту линейных размеров, а мощность (масса) мышц — ку­бу линейных размеров, крупные рыбы движутся при про­чих равных условиях быстрее мелких.

Некоторые морские млекопитающие отличаются боль­шой скоростью плавания. Так, для кита-сервала описана скорость 6 м/сек, для дельфинов до 10 м/сек и более.

Скорость передвижения в воде зависит от формы те­ла, характера движений туловища, хвоста и плавников, а также от гидродинамических особенностей тела рыбы, т.

Гидродинамические свойства плавающих организмов определяются, однако, не только формой тела, но осо­бенностями его поверхности. Помимо гладкой поверхно­сти, почти не создающей трения и вызывающей мини­мальное образование пограничного слоя движущейся вместе с плывущим телом воды, здесь большое значение имеет выделение слизи. Она выделяется специальными бокаловидными железами и имеет большое значение для увеличения коэффициента полезного действия плаваю­щего животного. Мягкий демпферный слой подкожной жировой клетчатки у дельфинов также выполняет функ­цию гашения турбулентности.

Плавание осуществляется благодаря движениям те­ла, при которых поперечные колебания головы оказы­ваются меньшими по сравнению с колебаниями хвоста. Большой движущей силой обладает хвост; он переме­щается из стороны в сторону, проделывая синусоидный путь. Само тело рыбы в зависимости от вида в большей или меньшей степени проделывает синусоидные движе­ния. Силы, действующие при сокращении туловища и движениях хвоста, изгибают хвост, но тем не менее хвост образует угол с движением тела по воде. Поэтому на хвост действуют и сила сокращения, «и упор о воду. Рав­нодействующая этих сил направлена вперед. Когда хвост перемещается влево, равнодействующая направлена вправо и наоборот, но средняя сила, измеренная на всем протяжении сокращения цикла, направлена точно вперед.

Мощность общей работы, выполняемой телом плыву­щей рыбы, является произведением скорости и силы со­противления движению. Эта сила в свою очередь склады­вается из силы сопротивления воды движению сложно изгибающегося тела рыбы и силы внутреннего сопротив­ления изгибу тела. Кроме того, затрачивается энергия 362

на сопротивление распространяющейся вдоль тела волны.

Специальные исследования показали, что каждый сег­мент тела рыбы обладает различной мощностью, и это соответствует и анатомической толщине расположенных на отдельном сегменте мышц (Шулейкин, 1968). Мышеч­ный тяж, идущий вдоль тела рыбы, обладает в различ­ных его участках (сегментах) разными биохимическими особенностями. Следовательно, плавание рыбы представ­ляет исключительно интересный объект для изучения эволюции адаптаций мышечной системы к выполнению различных нагрузок.

Энергетический обмен у рыб при плавании был объек­том многих работ отечественных и иностранных исследо­ваний. Поскольку многие рыбы существуют в проточной воде, плавание как способность противостоять течению является у них функцией непрерывной. Отсюда возникло понятие о так называемом активном обмене — обмене в толще движущейся воды (Ивлев, 1960). Эти величины активного обмена составляют около 200% от уровня об­мена веществ в неподвижной воде.

Исследование мышечной деятельности (плавания) рыб производится в специальных гидродинамических ка­мерах, где можно создавать различную скорость течения воды, поддерживать постоянную температуру и измерять содержание кислорода в воде (Fry a. Hart, 1948; Blazka a. oth., 1960; Brett, 1964), содержание углекислоты. По­добно исследованиям, проведенным на наземных орга­низмах, главным образом на человеке, энергетическая оценка движения — плавания производится путем вычи­тания из величин газообмена, наблюдаемых во время плавания, величин так называемого стандартного обме­на— более низких величин газообмена в состоянии пол­ного покоя рыбы. Подобно фактам, хорошо изученным на человеке, потребление кислорода при плавании с до­статочно большой скоростью не сопровождается полным удовлетворением кислородного долга, что установлено как при сопоставлении теоретически вычисленных вели­чин потребления кислорода с наблюдаемыми фактиче­ски, так и при изучении величин кислородного долга (Brett, 1964; Smith, 1965). С возрастанием скорости газо­обмен повышается, однако имеется определенный энер­гетический оптимум скорости, когда газообмен, рассчи-

Рис.

танный на пройденный путь, оказывается наименьшим. Этим величинам ряд исследователей придают большое значение, предполагая, что именно эти наиболее «эко­номные» скорости используются рыбами в процессе дальних миграций.

Одной из характерных черт мышечной энергетики рыб является очень длительная (после работ, проведенных до утомления) ликвидация кислородного долга, продолжа­ющаяся более 3 ч. Нагрузка, при которой рыба может продолжать работу в устойчивом состоянии (steady sta­te), не превышает величины 4 линейных ее размеров (4 Л) в секунду (Brett, 1964). На рисунке 79 приведены отношения потребления кислорода, скорости утомления и восстановления у нерки (Oncorhynchus nerka} ве­сом 50 г.

Таблица 37

Потребление кислорода и скорость плавания при различных температурах среды у нерки (по Brett, 1964)

В последнее время для изучения энергетических за­трат плавающих рыб стали применять косвенный метод расчета по содержанию жира в теле.

Весьма интересные данные по плаванию рыб получе­ны при различной температуре воды. Максимальная ско­рость плавания с повышением температуры воды возра­стает. При этом стандартный метаболизм увеличивается с 41 до 196 мг1кг1ч\ расход же на плавание — с 514 до 948 мгікгіч, т. е. менее чем вдвое. Эти результаты полу­чены после двухнедельной адаптации к температурам от 5 до 24° С и указывают иа значительную независимость коэффициента полезного действия скелетной мускулату­ры рыбы от температуры среды и от предшествующих температурных воздействий, да и скорость плавания не возрастает с температурой выше 15° С.

Несмотря на большой интерес, проявляемый в по­следнее время к изучению морских млекопитающих, осо­бенно дельфинов, какие-либо данные о физиологии пла­вания отсутствуют. Имеются только предположительные расчеты, исходя из наблюдений за скоростью и весом тела, свойствами поверхности тела.