Як риби вміють плавати

Як плавають риби

Дуже багато істот, що живуть на Землі, вміють плавати. Це амфібії, рептилії, ссавці та птиці. Звичайно, не кожен вид має здатність пересуватися у воді, але їм це не потрібно. Інша справа – риби. Природою не передбачено їм іншого способу існування. Те, як плавають риби зараз – результат багатьох років еволюції.

Підкласи тварин

Паралельними шляхами розвивалися два види механізму, що дозволяють пересуватися у воді, тому всіх представників водних тварин можна розділити на дві групи:

у черевній порожнині є плавальний міхур;
не мають плавального міхура.

За рахунок цього органу риби і регулюють своє становище у просторі. А види, які мають плавального міхура, змушені справлятися з допомогою м'язів і плавників.

Кісткові риби

Більшість представників класу кісткових мають плавальну бульбашку. Це особливий орган — два мішечки із прозорої плівки, наповнені газом, розділені перемичкою. У результаті еволюції їх сформувалися легкі найрозвиненіших тварин.

Бульбашка служить для того, щоб переміщатися по вертикалі водоймища, тобто опускатися на глибину або підніматися до поверхні. Положення залежить від обсягу органу, а цей обсяг, своєю чергою, регулюється диханням.

Якщо рибі потрібно опуститись, вона стискає міхур, випускаючи з нього повітря. Зменшується обсяг риби, тому вона рухається вниз. Щоб піднятись, необхідно набрати в мішечки більше повітря. Газ тисне на тіло зсередини, збільшуючи об'єм, який він займає. Тварина пливе вгору.

Робота цього механізму пояснюється законом Архімеда. Коли риба знаходиться на глибині та її тіло витісняє об'єм води, її стискає підйомна сила.Обсяги тіла та води знову стають нерівними, тому тварина і опускається. Аналогічно та з підйомом.

Саме повітря використовується для переміщення, так як воно набагато легше за воду. Такою самою властивістю має жир, тому з його допомогою плавають деякі види водяних хребетних.

Хрящові види

До класу хрящових відносяться риби, яким не пощастило отримати від еволюції повітряні мішки та товстий жировий прошарок. Через це вони змушені бути в постійному русі, щоб контролювати глибину занурення.

Якщо робота м'язів зупиняється, тіло опускається дедалі нижче, тому, наприклад, акули весь час ворушать своїм хвостом. А інакше можуть потонути.

Те, як плавають представники класу хрящових, схоже на спосіб плавання людини та всіх інших тварин, для яких вода - це не постійне місце проживання.

Обтічність тіла

Більшість риб має веретеноподібну форму тіла. Їхні організми побудовані так, що якщо дивитися і збоку, і зверху, вони звужуються в районі голови та хвоста. Це називається обтічною формою тіла. Вона необхідна, щоб зменшити сили опору руху у щільному водному середовищі.

Луска, плавці та зяброві кришки повернуті так, щоб вони сходилися клином. Цей клин спрямований гострою стороною. Ще ці частини організму покриті спеціальним слизом, який зменшує тертя і опір.

Тіло слизьке, гладке та обтічної форми. Все це дозволяє витрачати мінімальну кількість енергії на пересування.

Опорно-руховий апарат

Еволюція прагне зробити тіло одночасно більш розвиненим, і економічнішим.У попередніх риб форм життя в гідросфері - мініг і міксин - не було плавників, які в тісній зв'язці з м'язами могли б переміщати тіло, тому стародавнім тваринам доводилося використовувати тільки м'язовий каркас.

Сучасні водні хребетні придбали по парі плавців у грудному та черевному відділах, а також по одному спинному, анальному та хвостовому плавнику. У кожного з них є своє завдання:

Спинний відповідає за різкі повороти та гальмування. А якщо на тілі таких два, то другий потрібний для ривків.
Анальний плавець - це гальмо риби.
За рахунок черевних відбувається спливання. Вони також беруть участь у гальмуванні.
Грудні забезпечують рух уперед по горизонталі та швидкість на поворотах.

Щоб вивернутися у вертикальне положення, потрібно задіяти спинний та анальний плавці. Хвіст задає основний рух тіла, виступає як двигун і кермо одночасно.

Рух плавників, а, відповідно, і самої тварини відбувається за рахунок скорочення м'язів. Але й сам собою м'язовий каркас бере участь у процесі пересування. Поперемінно напружуючи праву і ліву сторони тіла, риба стає схожа на змію, що повзуть — так само звивається. За рахунок цього і переміщується.

За спокійне та швидке плавання відповідають червоні та білі м'язові волокна. Завдяки такій будові тіла риба може рухатися в товщі води горизонтальною та вертикальною площиною і здатна на розвороти.

Додаткові можливості

Не все так просто з лускою. Вздовж тіла більшої частини риб йде смуга луски, відмінної за кольором та розміром. Ця смужка називається бічною лінією. Її навіть іноді називають органом почуттів.

Бічна лінія є низкою невеликих отворів.З їх допомогою риба відчуває рухи в товщі води, навіть найменші її коливання. Це дозволяє відчувати, коли поряд знаходяться хижаки, в який бік рухається перебіг, огинати перешкоди та полювати в темряві.

Бічна лінія – це місце зосередження більшості рецепторівале вони є і на інших частинах тіла. Їхнє призначення в тому, щоб уловлювати електромагнітні сигнали, тиск і температуру. Стан водного середовища впливає здатність плавати, тому потрібно постійно його враховувати.

Зябра потрібні не тільки для дихання. З них вириваються струмені води, які викидають тіло у протилежний бік. Випускаючи воду з зябрових щілин, риба робить ривки або просто набирає швидкість.

Специфічні особливості

На анатомію представника водних хребетних впливають умови довкілля, в яких проживали його предки, і мешкає він зараз, тому види відрізняються формою тіла, його розмірами, кількістю плавців та силою рухових м'язів.

Способи плавання, доступні людині, запозичені у губанів. Ці окунеподібні роблять кругові рухи парою грудних плавців. Стиль, у якому людина так обертає руками, називається батерфляєм.

Морським вуграм доводиться обходитися без «керма» хвостового плавця, але вони адаптувалися в придонних водах за допомогою іншої особливості хвоста. З його допомогою вугор може відштовхнутися від нерухомої опори, щоб розігнатися і за короткий час наздогнати видобуток. Цим же хвостом тварина зчіплюється зі стіною чи каменем у своїй норі, щоб одним рухом затягнути себе назад.

Як плавають риби

«Плаває, як риба»,— часто кажемо ми. Однак це визначення дуже неточне, тому що риби теж плавають по-різному.Найкращими плавцями серед них можна вважати мешканців відкритих морських просторів: акулу, тунця, скумбрію, лосося. Торпедоподібна форма тіла дає можливість пересуватися з великою швидкістю. Наприклад, лосось пливе зі швидкістю 5 метрів за секунду (18 кілометрів на годину), а швидкість акул – 36—42 кілометри на годину. Не поступаються їм у швидкості і деякі морські ссавці. Кіт, наприклад, вільно пропливає 40 кілометрів на годину, дельфін — до 60 кілометрів. Але всі ці рекорди побиває меч-риба. Вона може розвинути швидкість до 97 кілометрів на годину. (Маленький тематичний відступ: а ще вид плаваючих риб має заспокійливий ефект на нервову систему людини, адже недарма ж коли ви приходите, скажімо на консультацію до психолога в Москві чи прийом до стоматолога, у приймальні обов'язково стоятиме великий акваріум із гарними рибками).

Головну роботу у «риб-швидкоходів» здійснює хвіст. Якщо він пошкоджений і в роботі не бере участі, рибі не розвинути велику швидкість. Тур Хейєрдал розповідав, що коли він хапав акулу за хвіст і витягав його з води, риба ставала безпорадною. Плавці у цих риб служать більше для збереження рівноваги та як кермо.

Вугрі та міноги рухаються, змієподібно згинаючи тіло. Великої швидкості вони не розвивають. Ще повільніше пересуваються риби, які працюють лише плавцями, без допомоги хвоста. Це колюшка, бички, кузовки, риба-лист. Про рибу-лист хочеться розповісти особливо. Вона лежить на поверхні води і дивовижно схожа на лист, що опав з дерева. Пересувається вона повільно, наче її несе течією.

Особливий спосіб пересування у летких риб, мешканців теплих морів. Звісно, їхній політ — це лише ширяння, як у планера.Летючі риби мають дуже великі, немов крила, грудні плавці. Двигун летких риб - сильний хвіст із величезною нижньою лопатею. Піднявшись у верхні шари води, риба, подібно до глісеру, деякий час ковзає по поверхні. Хвіст продовжує стрімко працювати, швидкість наростає до 18 метрів за секунду. З такою швидкістю мчить кур'єрський потяг. Нарешті вона відривається від поверхні води під кутом 30-40 градусів, ширяє в повітрі і поступово опускається, плануючи на плавцях, як на парашуті. Політ летючої риби іноді триває близько хвилини, за цей час вона може пролетіти до 400 метрів. Деякі види летких риб вистрибують із води зграями по тисячі, по півтори тисячі штук.

У південноафриканської прісноводної рибки — пантодон і риб із сімейства харацінід років перетворилося на справжній махаючий політ.

Ще дивовижніше летких риб рухаються довгі тонкі риби-голки, мешканці вод великого бар'єрного рифу Австралії. Вони плавають, звиваючись усім тулубом, що у горизонтальному положенні. Голки ковзають з великою швидкістю по поверхні, у воді знаходиться тільки хвіст, що шалено працює. У товщі вод у вертикальному положенні плавають морські ковзани.

Мало хто знає про плаваючих на спині вгору черевом соміках — синодонтисах, жителів африканських річок. Зустрічаючи на стінах єгипетських гробниць висічені рукою стародавнього художника зображення риби, що плаває вгору черевом, вчені спочатку вирішили, що це примха художника. Яке ж було їхнє здивування, коли справді був відкритий сомик-лежабок.

Якщо всі риби плавають головою вперед, то щетинозуб, що живе в Торресовій протоці, може плавати вперед хвостом. Голову щетинозуба перетинає чорна смуга, що приховує зіницю ока.Зате у підстави хвоста є велика пляма, що нагадує око. Здалеку хвіст риби можна прийняти за голову, а голову - за хвіст. Усе це дезорієнтує переслідувачів. Якщо все спокійно, риба повільно плаває вперед хвостом. Але при найменшій небезпеці щетинозуб стрімко втікає в протилежному напрямку, чого хижак ніяк не очікує.

Є риби, які застосовують реактивний спосіб пересування. Захоплювана зябрами вода викидається через розташовані в грудних плавцях канали. Ці риби розвивають дуже високу швидкість.

Деякі риби не бажають плавати самі. Риба-парусник, родичка меч-риби, виставляє свій високий спинний плавець із води, як вітрило, і вітер несе її морем. Скелязуби або іглобрюхи надувають повітрям шлунок, перетворюючись на повітряний мішок, і пливуть на спині, що тягнуть вітром і течією. Риби-прилипали пересуваються, присмоктавшись присоскою - видозміненим спинним плавцем - до тіла великих риб або корпусів кораблів. Деякі придонні риби, такі як морський чорт і морський півень, не плавають, а стрибають і повзають ґрунтом. Їхні товсті, м'ясисті плавці схожі на руки і служать опорою при стрибках. Деякі риби-стрибуни мають здатність бігати по поверхні води. Австралійські зоологи спостерігали, як стрибуни швидко перебігають річкові потоки, жодного разу не занурившись у воду.

Як риба плаває?

За багатомільйонний період еволюції риби набули різноманітних форм тіла, відповідних середовищі їх проживання. За будовою тулуба риби, забарвленням луски, навіть кольору м'яса можна встановити, де вона живе, чим харчується, як переміщається у водному просторі.

Хрящові риби, скелет яких складається з м'яких хрящів, не мають плавального міхура.Тому, хоч як це парадоксально звучить, щоб не потонути, вони повинні перебувати в постійному русі або вести придонний спосіб життя (можливо, від них пішов вираз «піти на дно»). На глибині хрящових риб утримує підйомна сила плавників.

Кісткові риби мають жорсткий скелет. Вони мають плавальний міхур, який допомагає їм утримуватися на заданій глибині. Змінюючи обсяг міхура, риба змінює щільність свого тіла та переміщається вгору чи вниз. При русі вона використовує як гальма плавці. Рух вперед кістковим рибам забезпечує хвиля, що біжить уздовж тулуба — м'язові скорочення. Тому вони можуть плавати з високою швидкістю, практично не витрачаючи енергії.

Довгий час вважалося, що для того, щоб випливти з глибини в поверхневі шари води, риба роздмухує свій плавальний міхур; тоді обсяг її тіла збільшується, вага води, що витісняється, стає більше її власної ваги - і, за законом плавання, риба піднімається вгору. Щоб припинити підйом чи опуститися вниз, вона, навпаки, стискає свій плавальний міхур. Об'єм тіла, а з ним і вага води, що витісняється, зменшуються, і риба опускається на дно. Таке спрощене уявлення про призначення плавального міхура існувало досить довго, доки не було виявлено повну неспроможність цієї теорії.

Бульбашка має, безсумнівно, дуже тісний зв'язок з плаванням риби, так як риби, у яких міхур був при дослідах штучно видалений, могли триматися у воді, тільки посилено працюючи плавцями, а при припиненні цієї роботи падали на дно.Яка справжня його роль? Дуже обмежена: він лише допомагає рибі залишатися на певній глибині - саме на тій, де вага витісняється рибою води дорівнює вазі самої риби. Коли ж риба роботою плавників опускається нижче за цей рівень, тіло її, відчуваючи великий зовнішній тиск з боку води, стискається, стискаючи міхур; вага об'єму води, що витісняється, зменшується, стає менше ваги риби, і риба нестримно падає вниз. Чим нижче вона опускається, тим сильнішим стає тиск води, тим більше стискається тіло риби і тим швидше продовжує воно опускатися.

Те саме, тільки у зворотному напрямку, відбувається тоді, коли риба, залишивши шар, де вона знаходилася в рівновазі, переміщається роботою плавців у вищі шари. Тіло її, звільнившись від частини зовнішнього тиску і, як і раніше, розпирається зсередини плавальним міхуром (у якому тиск газу знаходилося до цього моменту в рівновазі з тиском навколишньої води), збільшується в обсязі і внаслідок цього спливає вище.

Чим вище риба піднімається, тим більше роздмухується її тіло і, отже, швидше її підйом.

Перешкодити цьому, «стискаючи» міхур, риба неспроможна, оскільки стінки її плавального міхура позбавлені м'язових волокон, які б активно змінювати його обсяг.

Отже, всупереч думці, що існувала раніше, риба зовсім не може довільно роздмухувати і стискати свій плавальний міхур. Зміни його обсягу відбуваються пасивно, під впливом посиленого чи ослабленого зовнішнього тиску.Ці зміни обсягу для риби не тільки не корисні, а, навпаки, приносять їй шкоду, оскільки зумовлюють або нестримне падіння на дно, що все прискорюється, або настільки ж нестримний і прискорюваний підйом на поверхню. Іншими словами, міхур допомагає рибі в нерухомому положенні зберігати рівновагу, але рівновага ця нестійка.

Спосіб пересування вплинув і внутрішню будову риб. У кісткових риб, що швидко плавають, добре розвинена мускулатура. Її інтенсивна робота вимагає великої кількості кисню, що надходить судинною мережею. У свою чергу наявність кисню впливає на колір м'яса: у швидких плавців, лосося та тунця, м'ясо червоного кольору, у повільно плаваючих риб на кшталт коропа — білого.

З хрящових найгірше плавають придонні риби. Вони навіть втратили обтічну форму. Зокрема, камбала плаває лише за рахунок коливальних рухів спинного та анального плавців, а її тіло залишається нерухомим.

Схил пересувається подібно до птахів. Він нахоплює воду грудними плавцями і відкидає її вниз і назад, зробивши кілька помахів. Складається враження, що риба ніби ширяє у воді.

Деякі риби, що ведуть малорухливий спосіб життя, поступово втрачають лускатий покрив, що є свого роду мастильним матеріалом, що знижує силу опору води. Так, домашній короп, виведений у ставках, не має суцільної луски. Але її відсутність не заважає йому існувати у прісноводних водоймах, де він не має ворогів.

ЗАГАДКА ПЛАВАННЯ РИБ

Лікар фізико-математичних наук В. МЕРКУЛОВ.

ХХ століття, що минуло, має у своєму активі величезні досягнення в галузі гідродинаміки. Теоретичні, обчислювальні та експериментальні методи дозволяють вирішувати будь-яке наукове та практичне завдання гідродинаміки.Однак є одна проблема, над якою безуспішно працювало багато наукових колективів і яка перейшла майже в незмінному вигляді у XXI століття. Це проблема зниження гідродинамічного опору.

Щоб правильно оцінити потенційні можливості у цьому напрямі, звернемося до рекордсмена підводного плавання – меч-риби. Доросла особина цієї великої та дуже сильної риби виростає до чотирьох метрів у довжину і набирає масу до півтонни. Її верхня щелепа витягнута у довгий мечоподібний відросток – рострум. Біологи вважають цю дивну освіту зброєю, якою меч-риба приголомшує видобуток, вриваючись у косяки макрелі та тунців.

У Сполучених Штатах Америки лов меч-риби – національний вид спорту. Ловлять меч-рибу на спінінг, і для рибалки є чудова можливість інструментального визначення її швидкості.

Згідно з публікаціями, меч-риба може розвивати швидкість до 130 км/год. Українські вчені виготовили модель меч-риби, підвісили її на швидкохідний катер та визначили опір моделі та необхідну для руху потужність. У перерахунку на швидкість і розміри риби модель відчуває опір 4000 Н (408 кгс) і потребує свого руху потужність 100 к.с. (73,6 кВт)!

Легко зрозуміти, що такі параметри є недосяжними для риби і, отже, закони гідродинаміки допускають рух із набагато меншим опором, ніж це реалізується у всіх наших моделях. Отже, знизити опір цілком можливо і наші спроби у цьому напрямі не суперечать фізичним законам.

Крім наведених вище експериментальних даних, можна навести деякі теоретичні міркування, що доводять можливість значного зменшення опору.

За законом Ньютона, дотичне тертя у в'язкій рідини дорівнює добутку в'язкості на градієнт швидкості (градієнт показує, з якою швидкістю змінюється якась величина при переміщенні на одиницю відстані). Для поздовжнього обтікання пластини градієнт швидкості обернено пропорційний кореню квадратному з в'язкості. Отже, дотичне тертя у разі виявляється пропорційним кореню квадратному з в'язкості. У той самий час для течії в кільцевому зазорі градієнт швидкості залежить від в'язкості і дотичне тертя виявляється пропорційним першого ступеня в'язкості. Якщо врахувати, що динамічна в'язкість води має порядок величини 10 -6 то дотичне тертя для пластини і такої ж поверхні в кільцевому зазорі буде різнитися в тисячу разів.

Прикладом зовнішньої течії з малим градієнтом швидкості може бути рух тороїдального вихору вздовж своєї осі симетрії. При розрахунках область течії розбивається деякою сферою на дві частини: зовнішнє нев'язке протягом поза сферою і внутрішнє вихрове протягом всередині сфери.

На межі розділу дотична швидкість обох течій збігається, тому зовнішній перебіг має нульовий опір. Внутрішнє кільцеве протягом через свою обмеженість має опір тертя, пропорційне першого ступеня в'язкості. Саме цією властивістю пояснюється дивовижна здатність кільцевого вихору швидко та далеко переміщатися у повітрі. Щоб використати разючі властивості кільцевого вихору в практичних цілях, необхідно відтворити течії в ньому на деякому тілі.

Будь-яку поверхню, складену з ліній струму, можна як поверхню деякого тіла.Усередині кільцевого вихору є безліч поверхонь, які можна вважати вкладеними один в інший торами (насправді це туго згорнута спіраль). Розміщення всередині вихору тіла підходящої форми збереже зовнішнє протягом з нульовим опором тільки в тому випадку, якщо ми компенсуємо гальмування потоку, створюване поверхнею тіла.

У морській воді необхідні сили можна створити постійними електричними та магнітними полями.

Для цього потрібно зібрати конструкцію у формі тора з кільцевих магнітів і електродів, що чергуються. Їхні полюси створюють взаємно перпендикулярні електричні та магнітні поля, які змусять електропровідну рідину рухатися навколо поверхні тора, створюючи об'ємну силу, що компенсує гальмування потоку.

Як показали обчислення, при напруженості магнітного поля на полюсах в одну тесла, досяжною застосуванням постійних магнітів, для руху тора діаметром 2 м зі швидкістю 10 м/с потрібна електрична потужність 300 Вт. Це в сто разів менше, ніж потрібно для буксирування платівки еквівалентної площі (попри те, що електричний коефіцієнт корисної дії при зазначених параметрах становить лише 6%).

Об'ємну силу можна створити тільки в електропровідній рідині. У прісній воді і тим більше у повітрі такої можливості немає. Тому представляє інтерес розглянути течії з малим градієнтом, створювані за рахунок деформації кордону за законом хвилі, що біжить.

Така постановка завдання вперше була сформульована автором у шістдесятих роках. Тоді ж під його керівництвом провели низку теоретичних та експериментальних досліджень вихрових структур як на дельфіні, який виступав прототипом, так і в лабораторних умовах.

На відміну від течії вздовж нерухомої межі, коли утворюється прикордонний шар з великим градієнтом швидкості, хвиля, що біжить, перебудовує перебіг у періодичну структуру з малим градієнтом швидкості. При деяких значеннях фазової швидкості і амплітуди хвилі, що біжить, сумарне тертя звертається в нуль. Звичайно, виникає питання, якою ціною досягається цей результат. Енергетичні втрати складаються з двох складових різної природи. Перше – це в'язкі втрати рідини. Оскільки градієнт течії, що розглядається, невеликий, то й втрати ці, пропорційні в'язкості, виявляються дуже малими. Друге доданок – втрати у самому пружному покритті. При резонансних коливаннях матеріалу в потоці рідини основна і не мала, енергія повинна перекачуватися з пружної форми в кінетичну. Інша частина енергії розсіюється у матеріалі. Ці втрати можуть компенсуватися за рахунок енергії потоку, що призведе до пропорційного збільшення опору, або за рахунок зовнішнього джерела енергії.

Окремо стоїть питання щодо механізму та енергії, необхідних для початкового формування вихорів. При підходящому виборі пружних параметрів вдається домогтися того, щоб у носовій частині хвиля, що біжить, збуджувалася за рахунок енергії зовнішнього потоку, а в кормовій хвиля зникала, повертаючи енергію в потік.

Звернемося тепер знову до меч-риби, з якої почалося оповідання.

Зауважимо, що схожу форму і, як ми припускаємо, аналогічний механізм зниження опору має ще один хороший плавець – полярний дельфін-нарвал. Цікава деталь: лівий верхній зуб у самців нарвала розвивається в спірально закрученому бивні завдовжки до трьох метрів, схожий на рострум меч-риби. Призначення його неясно.Чи не в них секрет швидкого та економічного плавання меч-риби та набрехала?

Наша гіпотеза полягає в тому, що рострум та бивень служать генераторами вихорів. Дослідження показали, що за обтікання тонкого гладкого тіла спіральні вихори не виникають. У потоці утворюється прикордонний шар, який відривається відразу за тілом, утворюючи потужні завихрення. Тиск у них падає, чинячи на тіло гальмуючу дію. Таке ж тіло, але з шорсткою поверхнею, обурює прикордонний шар, перетворюючи його на вихрову (турбулентну) течію. Подальша дія цих вихорів легко собі уявити. Вони переходять з роструму на тіло риби або дельфіна, де перебудовують прикордонний шар у таку ж періодичну течію, як це робить хвиля, що біжить, з усіма наслідками, що з цього випливають.

Меркулов В. І. Гідродинаміка знайома та незнайома. - М., 1989.

Симрай А. Г. Корабель. Його минуле, сьогодення та майбутнє. - М., 1967.

Чому риби не тонуть?

Всім відомо, хоча б із пригодницьких та військових кінофільмів, як маневрує на глибині підводний човен. Вона має спеціальні цистерни, куди можна закачувати забортну воду чи витісняти її стисненим повітрям. Більше води - човен важчає і занурюється глибше, більше повітря - спливає.

Приблизно так само роблять і багато риб. Тільки цистерна у них еластична, що змінює свій об'єм - це плавальний міхур, що лежить у черевній порожнині. Ви, напевно, його бачили, якщо коли-небудь спостерігали, як чистять свіжу рибу.

Типова риба приблизно на 5% важча за воду. Якщо вона не докладатиме зусиль, то опуститься на дно. Плавальний міхур зрівнює питому вагу риби з питомою вагою води, що дозволяє рибі висіти нерухомо, не спливаючи і не опускаючись.А щоб трохи змінити глибину, досить злегка підробляти плавниками. Регулювати глибину, ясна річ, треба і на ходу. Фізіологи визначили, що плавальний міхур, підтримуючи плавучість за невеликої швидкості, економить рибі до 60% зусиль, а за швидкого руху — понад 5%. До речі, людина при неглибокому диханні має ту ж питому вагу, що й вода, а зробивши глибокий вдих, вона стає легшою за воду. Тож потонути нам не так легко.

В еволюції плавальний міхур виник із кишечника. Частина стравоходу чи шлунка відокремилася і стала служити задля харчування, а регуляції частки риби. На цьому етапі еволюції знаходиться, наприклад, піщана акула: у неї немає плавального міхура, але частина шлунка відокремлена у вигляді кишені, в яку акула заковтує трохи повітря, щоб не тонути.

У деяких риб (наприклад, лососьових, оселедців, коропів) між плавальною бульбашкою та стравоходом залишився вузький канал. Вони можуть, спливши на поверхню, заковтнути в міхур повітря, що дозволить залишатися у верхніх шарах водойми. Якщо треба поринути глибше, риба може трохи видихнути.

Короп (Cyprinus carpio carpio) може заковтнути трохи повітря, спливши на поверхню, і він потрапить у плавальний міхур із стравоходу вузьким каналом. Фото Сергія Горланова

В інших риб (тріскових, окуневих, хека) міхур абсолютно замкнутий і відокремлений від кишечника. Для того, щоб піддути або злегка спустити його, потрібен насос. Насоси у таких риб навіть два, і розташовані вони в самому міхурі. Особлива залоза за допомогою хитрого біохімічного механізму забирає гази з крові (а туди вони потрапляють через зябра з води — адже у воді навіть на великій глибині розчинені гази повітря) і виводить їх у міхур.На іншому кінці міхура є ділянка, пронизана кровоносними судинами. Через них гази при необхідності переносяться назад у кров. Обидва процеси йдуть досить повільно.

А навіщо рибам взагалі міняти глибину? Насамперед, у гонитві за їжею, наприклад планктоном, який то спливає, то занурюється. Ще - щоб сховатися від хижаків, які чекають на певній глибині. Деякі види спливають або занурюються для нересту, а поза розмноженням живуть на іншій глибині.

Нарешті, багато риб плавального міхура зовсім немає. Це донні види, наприклад камбала, які тихенько плавають біля дна та збирають із нього їжу. Плавального міхура немає у хрящових риб - акул та схилів. Можливо, тому, що їх скелет, що складається з хрящів, легший за кістковий скелет інших риб. Обходяться без міхура і хижі риби, що швидко плавають, наприклад тунець, атлантична скумбрія (її швидкість в кидку досягає 77 км/год). Потужна мускулатура цих хижаків дозволяє їм швидко змінювати глибину і чинити опір зануренню. Але вивести якесь загальне правило - у кого і чому міхур є, а у кого - досить важко. З двох близькоспоріднених видів зі схожим способом життя один може не мати міхура, в іншого він цілком розвинений.

Камбали, як і багато інших донні риби, обходяться взагалі без плавального міхура. На фото: леопардова камбала, або плямистий ботус (Bothus pantherinus). Фото: © Сергій Дубров / Фотобанк Лорі

У риб є й інші способи зменшити питому вагу, щоб не тонути. Наприклад, накопичувати жир, адже він легший за воду. Так, у одного з видів акул печінка на 75% складається з жиру (у ссавців у печінці 5% жиру). Інший варіант - за рахунок активної роботи нирок позбавлятися важких солей у крові та інших рідинах усередині тіла.Недарма моряки, що зазнали корабельної аварії, якщо в шлюпці скінчився запас прісної води, п'ють сік, вичавлений з морських риб: він майже прісний.

Але якщо якийсь орган у живого організму є, треба використовувати його якнайширше, щоб даремно не простоював. Деякі риби видають за допомогою свого міхура звуки, інші використовують його як резонатор підвищення чутливості слуху. Бульбашка може бути датчиком глибини: при спливанні його обсяг збільшується, при зануренні зменшується, і нервові закінчення це відчувають. Зрештою, повітря з міхура риба може використовувати як запас для дихання при спринтерському ривку.

І ось що цікаво: з плавального міхура риб виникли легені наземних хребетних, у тому числі людини.