Функциональные основы внешнего строения рыбы

Abstract

В главе I рассматриваются приспособления, связанные с обеспечением функций рецепторов органов чувств. Анализируются величина и расположение глаз у рыб. Показывается, в частности, что как в онтогенезе, так и в филогенезе, имеют место одни и те же зависимости, связывающие величину глаз с высотой тела и размерами рыбы. Рассматриваются также особенности внешнего строения рыбы, связанные с деятельностью обонятельных, тактильных и вкусовых рецепторов. В главе II рассматриваются приспособления, связанные с маскировкой и защитой, оказывающие заметное влияние на внешнее строение рыбы. Детально анализируется форма поперечного сечения тела рыбы и ее изменения, имеющие криптическое значение. Показывается роль брюшного киля как приспособления, способствующего ликвидации демаскирующей тени на брюхе рыбы. Дается обзор прочих особенностей формы тела, связанных с маскировкой. Рассматривается защитная роль жестких элементов кожных покровов (панцири, щитки, чешуя) и специальных колючих придатков (лучей плавников, шипов и т. п.). В главе III рассматриваются приспособления, связанные с нейтрализацией действия силы тяжести. Плавучесть рыб находилась как разность удельных весов рыбы и воды, в которой рыба поймана. Сравнивается плавучесть, найденная для 65 видов рыб, разнообразных в морфологическом и экологическом отношениях. Показана возрастная и сезонная динамика плавучести у ряда видов. Среди пассивных приспособлений гидродинамического действия были рассмотрены особенности строения плавников и корпуса, связанные с выполнением функций несущих плоскостей. Теоретически показан и моделирован в эксперименте факт создания подъемной силы корпусом акул и осетровых при движении этих рыб в направлении, параллельном главной оси тела. Получены цифровые показатели, характеризующие корпус как несущую плоскость, а также показатели, характеризующие степень развития структур ростро-пекторального комплекса. Показана взаимосвязь между степенью развития пассивных приспособлений гидродинамического действия и плавучестью рыб в онтогенезе и филогенезе. В главе IV рассматриваются приспособления, связанные с обеспечением поступательного движения и прикреплением к субстрату. Дается анализ распределения локомоторной функции по продольной оси тела рыбы, в связи с чем с помощью специальных цифровых показателей оценивается относительная величина продольной вертикальной проекции и латеральная сгибаемость отдельных участков тела рыбы. Детально рассматриваются особенности движителей угревидного и скомброидного типов и причины, обуславливающие их формирование в онтогенезе и филогенезе. Показывается, что развитие движителя в онтогенезе в громадном большинстве случаев представляет собою изменение в направлении от угревидного типа к скомброидному, что можно рассматривать как приспособление к движению со все возрастающими скоростями, возрастание которых обусловливается увеличением размеров рыбы в онтогенезе. Специальный раздел главы посвящен рассмотрению особенностей строения хвостового плавника как важнейшего элемента локомоторного аппарата рыбы. Анализируются различные типы движений хвостового плавника и особенности его строения, обусловленные приспособлением к определенным режимам движения. Детально рассматриваются причины, обусловливающие деление хвостового плавника на две лопасти, а также причины, обусловливающие возникновение симметричных и асимметричных форм этого плавника. Отмечается, что двулопастная форма хвостового плавника является наиболее выгодным вариантом расположения пластинки плавника относительно зоны вихрей, возникающей у заднего конца движущейся рыбы, и относительно слоя трения. Анализируются причины, обусловливающие асимметричное строение хвостового плавника у рыб. Показывается, что асимметрия хвостового плавника есть, во-первых, результат определенного расположения центра пластинки хвостового плавника относительно горизонтали центра тяжести и, во-вторых, - результат симметричного расположения верхней и нижней лопастей его относительно верхней и нижней границ зоны вихрей и слоя трения. Анализируются способы плавания за счет ундулирующих и не ундулирующих движений плавников и те особенности в строении плавников, которые обуславливаются приспособлением к движению указанных типов. Рассматриваются особенности внешнего строения рыб, возникающие в связи с приспособлением к полету - планирующему и активному. Дается анализ приспособлений, направленных на уменьшение возникающего во время движения рыбы сопротивления со стороны окружающей среды. Показано, что как в онтогенезе, так и филогенезе по мере увеличения вероятности отрыва обтекающего потока - при увеличении скоростей движения, а также при увеличении наибольшей высоты тела происходят совершенно определенные изменения в строении корпуса рыбы: место наибольшей высоты тела отодвигается назад, в результате чего место вероятного отрыва также отодвигается назад, уменьшается вихревая система, возникающая при движении всякой рыбы у ее заднего конца, и снижается сопротивление. Показано, что при поперечных движениях корпуса рыбы, связанных с выполнением плавательных движений, т. е. при обтекании поперечных сечений тела, сопротивление снижается как за счет приспособлений, основанных на сохранении ламинарности обтекающего потока, так и на его турбулизации. Отмечено наличие у рыб структур, выполняющих функцию дефлекторов, уменьшающих индуктивное сопротивление. В главе V рассматриваются приспособления, связанные со стабилизацией и изменением направления движения, сохранением равновесия и замедлением движения (торможение). Исследование развития плавников рыб в онтогенезе показывает, что у самых разнообразных в экологическом и систематическом отношениях видов рыб наблюдаются правильные закономерности в изменении величины плавников с возрастом: вначале относительные размеры плавника увеличиваются, затем уменьшаются. Были получены специальные цифровые показатели, основывающиеся на учете величины вращающего момента М, с помощью которых оказалось возможным охарактеризовать в каждом отдельном случае степень развития морфологических особенностей, функционально связанных со стабилизацией и изменением направления движения. Исследование возрастных изменений внешнего строения у различных рыб, а также сравнительное изучение внешнего строения ряда видов с различной экологией, позволяют сделать вывод, что как в онтогенезе, так и в филогенезе в ходе приспособления к быстрому движению ослабление действия горизонтальной стабилизирующей пары FR достигается в первую очередь за счет уменьшения плеча момента М путем сближения центра тяжести и центра реакции. Наблюдения за работой плавников самых различных рыб показывают, что на теле рыбы выделяются четыре постоянные зоны, для которых специфичны определенные функции плавников, причем эти функции являются общими для всех исследованных рыб, но у различных видов могут обеспечиваться разными плавниками. В главе VI рассматриваются приспособления, связанные с захватом пищи. Анализируются причины, обусловливающие положение и относительные размеры рта; обсуждаются особенности различных типов ротового аппарата. В заключении рассматриваются некоторые вопросы, представляющие интерес с более общих позиций. Отмечается, что в подавляющем большинстве случаев внешнее строение рыбы в основных чертах непосредственно определяется развитием двух комплексов приспособлений, а именно - приспособлений, связанных с движением и маскировкой.