плавник

Управление движением

Как только движение началось, его можно контролировать с помощью других плавников.

С этой целью используются специальные плавники

Тела рифовых рыб часто формируются иначе, нежели туловища рыб, обитающих в открытой воде. Рыбы открытых вод обладают обтекаемой, торпедообразной формой телом, которая позволяет развивать большую скорость и минимизирует трение воды во время движения. Рифовые рыбы обитают в сравнительно замкнутом пространстве и приспособлены к сложным подводным ландшафтам коралловых рифов. Поэтому маневренность для них важнее скорости на прямолинейном движении, поэтому их тела адаптированы к тому, чтобы совершать резкие броски из стороны в сторону и быстро менять направление. Они защищаются от хищников, скрываясь в расщелинах или прячась за коралловыми рифами. Грудные и брюшные плавники у многих рифовых рыб, например, рыб-бабочек, морских ангелов и абудефдуфов, развивались таким образом, чтобы выполнять роль тормоза и помогать при сложных маневрах. У многих рифовых рыб, таких как рыбы-бабочки, морские ангелы и абудефдуфы, высокое, сильно сжатое с боков тело, напоминающее блин, позволяющее им заплывать в расщелины скал. Их брюшные и грудные плавники имеют разное строение, что вместе с уплощенным телом оптимизирует маневренность. Некоторые рыбы, например, иглобрюхие, спинороги  и кузовковые, для плавания используют только грудные плавники, не прибегая к помощи хвостового плавника.

Создание толчка

Плавники крыловидной формы, двигаясь, толкают тело рыбы вперед, поднятие плавника приводит в движение поток воды или воздуха, который толкает плавник в обратном направлении. Обитатели воды перемещаются в основном благодаря движению плавников вверх и вниз. Часто для создания импульса используется хвостовой плавник, но некоторые водные животные используются с этой целью грудные плавники.

Подобно лодке, рыба управляет шестью степенями свободы — три поступательные (погружение, всплытие, продвижение), тремя вращательными (покачивание в горизонтальной и вертикальной плоскостях, вращение вдоль продольной оси)

Двигающиеся плавники способны создавать «тягу»

Кавитация возникает, когда отрицательное давление вызывает появление пузырьков (пустот) в жидкости, которые затем стремительно и резко схлопываются. Этот процесс может привести к значительным повреждениям и травмам. Кавитационные повреждения хвостовых плавников нередки среди таких мощных морских животных, как дельфин или тунец. Кавитация чаще возникает вблизи поверхности океана, где давление воды относительно низкое. Даже обладая достаточно силой для развития более высокой скорости, дельфин вынужден замедлить движение, поскольку схлопывание кавитационных пузырьков весьма болезненно для его хвоста. Кавитация также заставляет тунца двигаться медленнее, но по другой причине. В отличие от дельфинов, эти рыбы не ощущают схлопывание, потому что их плавники состоят из костной ткани без нервных окончаний. Тем не менее, они не могут плавать быстрее, поскольку кавитационные пузырьки создают паровой слой вокруг их плавников, что ограничивает их скорость. У тунца также обнаружили кавитационные повреждения.

Скумбриевые (тунец, макрель и скумбрия) известны как отличные пловцы. Вдоль края задней части их тех расположена линия маленьких не убирающихся плавников, лишенных лучей, которые называются плавнички. Высказано уже множество предположений по поводу функции этих плавничков. Исследования, проведенные в 2000 и 2001 годах Nauen и Lauder показали, что «во время спокойного плавания плавнички оказывают гидродинамическое воздействие на поток воды» и «большинство задних плавничков необходимо, чтобы направлять поток в создаваемый хвостом макрели водяной вихрь, тем самым величивая мощность толчков».

Рыба одновременно использует несколько плавников, поэтому не исключено, что плавничок может взаимодействовать гидродинамически с другими плавниками. В частности, плавники, расположенные непосредственно перед хвостовым плавником, могут напрямую влиять на динамику потока, создаваемого хвостовым плавником. В 2011 году исследователи, используя методы объемной визуализации, смогли получить «первую мгновенную трехмерную модель структуры спутной струи, создаваемой свободно плавающими рыбами». Они обнаружили, что «непрерывные удары хвостом приводят к формированию цепи вихревых колец», при этом «спутные струи спинного и анального плавников быстро соединяются со спутной струей хвостового плавника, и этот процесс происходит в течение следующего удара хвоста».

Обработка рыбы на порционные куски кругляши.

Обрабатывают
рыбу массой до 1,5 кг. Процесс обработки
складывается из следующих стадий:

1.
очистка чешуи,

2.
удаление плавников,

3.
удаление головы и внутренностей,

4.
промывание,

5.
нарезание на порционные куски.

Рыбу
очищают от чешуи, удаляют плавники,
делают глубокие надрезы мякоти у жаберных
крышек с двух сторон, перерубают
позвоночник и удаляют голову с частью
внутренностей. Затем

через
образовавшееся отверстие, не разрезая
брюшко, вынимают оставшиеся внутренности,
зачищают внутреннюю часть брюшка от
пленок. Рыбу промывают, обсушивают и
нарезают под углом 90° на поперечные
куски круглой формы (кругляши). При такой
обработке отходы составляют 35…40%.

Кругляши
используют для варки, жаренья и
фарширования порционными кусками.

Хрящевые рыбы

Внешнее строение акулы. Плавники длинные и поддерживаются не сегментированными лучами — цератотрихиями

Хрящевые рыбы представляют класс рыб, называемый Chondrichthyes. Их скелеты состоят из тканей хрящей, а не костей. К данному классу относятся акулы, скаты и химеры. Скелет акульих плавников вытянутый и поддерживается с помощью мягких несегментированных лучей, ceratotrichia, «нитях» из эластичного белка, напоминающего ороговевший кератин в волосах и перьях. Изначально грудной и тазовый пояса, не содержащие каких-либо кожных элементов, не соединялись. У более поздних форм, каждая пара плавников соединялась снизу по середине из-за развития костей scapulocoracoid и pubioischiadic. У скатов грудные плавники соединены с головой и очень подвижны. Одной из главных особенностей у акул является их гетероцеркальный хвост, помогающий при движении. У большинства акул восемь плавников. Акула может только дрейфовать, чтобы удалиться от объекта, расположенного перед ней, потому что хвост не позволяет ей двигаться назад.

Как и у большинства рыб, хвосты акул необходимы для создания импульса при движении, при этом скорость и ускорение зависят от формы хвоста. Формы хвостового плавника существенно различаются в зависимости от вида акул, что обусловлено их эволюцией в отдельных средах обитания. Спинная часть гетероцеркального плавника акул обычно заметно больше, чем брюшная. Это вызвано тем, что позвоночный столб акулы проходит через эту часть спины, создавая большую площадь поверхности для крепления мышц. Такое строение позволяет этим хрящевым рыбам с отрицательной плавучестью двигаться эффективнее. Хвостовой плавник большинства костных рыб, наоборот, гомоцеркален.

У тигровых акул развит большой верхний лопастевидный плавник, позволяющий им двигаться медленно и моментально набирать скорость. Тигровая акула должна сохранять полную подвижность и легко перемещаться в воде во время охоты, ведь ее рацион весьма разнообразен, тогда как у атлантической сельдевой акулы, которая охотится на стайных рыб вроде скумбрии и сельди, развит большой нижний плавник, позволяющий ей догонять быстро плавающую добычу. Прочие изменения формы хвоста необходимы акулам непосредственно для ловли добычи, например, лисья акула использует верхнюю мощную часть плавника, чтобы оглушить рыбу и кальмаров.

Костные рыбы

Костных рыбы формируют таксономическую группу под названием Osteichthyes. Их скелет состоит из костей, в отличие от хрящевых рыб, чей скелет хрящевой. Костные рыбы делятся на два класса — Лучеперые и Лопастеперые. Большинство рыб лучеперые, это чрезвычайно разнообразная и многочисленная группа, состоящая из более чем 30 000 видов. Это самый большой класс позвоночных, существующих на сегодняшний день. В далеком прошлом преобладали Лопастеперые рыбы. В настоящее время они почти вымерли — осталось лишь восемь видов. На плавниках костных рыб расположены шипы и лучи, называемые лепидотрихиями. У этих рыб также развит плавательный пузырь, позволяющий им удерживаться на определенной глубине и плыть, не используя плавники. Однако плавательный пузырь отсутствует у многих рыб, особенно у Двоякодышащих, единственных рыб, унаследовавших примитивные легкие от общих предков костистых рыб. Впоследствии из этих легких у рыб и развивались плавательные пузыри. У костных рыб также имеются жаберные крышечки, позволяющие им дышать без использования плавников для движения.

Лопастеперые

Плавники лопастерперых рыб, например, латимерии, располагаются на мясистом чешуйчатом, похожем на лопасть отростке тела. Большое количество плавников обеспечивает латимериям высокую маневренность и позволяет этим рыбам двигаться в воде почти в любом направлении.

Лопастеперые рыбы входят в класс костных рыб, называемый Sarcopterygii. У этих рыб мясистые лопастевидные парные плавники, которые крепятся к телу с помощью одной кости. Плавники лопастеперых рыб отличаются от плавников других видов тем, что каждый из них расположен на мясистом, лопастевидном чешуйчатом стебле, отходящем от тела. Грудные и брюшные плавники имеют сочленения, напоминающие конечности четвероногих. Эти плавники в процессе развития преобразовались в лапы первых сухопутных живых существ — амфибий. У этих рыб два спинных плавника с отдельными основаниям, тогда как у лучеперых рыб — всего один спинной плавник.

Latimeria chalumnae

Латимерия — один из видов лопастеперых рыб, существующих до сих пор. Считается, что свой нынешний вид эти рыбы приобрели в ходе эволюции около 408 миллионов лет назад, в начале девонского периода. Передвижение латимерий уникально в своем роде. Для перемещения латимерии чаще всего используют преимущество спускающихся и поднимающихся подводных течений и дрейфа. С помощью своих парных плавников она стабилизируют свое движение в толще воды. Пока же рыбы находятся на океанском дне, их парные плавники вообще не используются для перемещения. Латимерии могут создавать тягу для быстрого старта с помощью своих хвостовых плавников. Большое количество плавников обеспечивает латимериям высокую маневренность и позволяет этим рыбам двигаться в воде почти в любом направлении. Очевидцы замечали этих рыб, плавающих вниз головой или кверху брюшком. Считается, что ростральный орган латимерий отвечает за способность рыб к электроперцепции, которая помогает огибать препятствия при движении.

Лучеперые

Внешний вид Серебряного окуня (Bidyanus bidyanus), типичного представителя Лучеперых рыб

Лучеперые рыбы входят в класс костных рыб, называемый Actinopterygii. На их плавниках расположены шипы или лучи. Лучи на плавнике могут быть только острыми, только мягкими, либо и теми, и другими. Если присутствуют оба вида лучей, острые всегда находятся спереди. Шипы, как правило, жесткие и острые. Лучи, как правило, мягкие, гибкие, сегментированные, могут иметь несколько окончаний. Сегментация является основным отличием между лучами и шипами; шипы некоторых видов могут быть гибкими, но не сегментированными.

Существует множество способов использования шипов. Сомы используют свои шипы для защиты; многие из этих рыб способны выпускать шипы наружу и оставлять их в таком состоянии. Спинороги заграждают своими шипами выход из щелей, где прячутся, чтобы хищник не мог вытащить их оттуда.

Лепидотрихии представляют собой костлявые, билатерально парные плавниковые лучи у костных рыб Они развиваются вокруг актинотрихии как часть кожного экзоскелета. Лепидотрихии обычно состоят из костной ткани, но у ранних представителей костных рыб, например, Cheirolepis, в состав также входили дентин и эмаль. Они сегментированные и внешне напоминают серию дисков, уложенных один поверх другого. Генетической основой для появления плавниковых лучей считаются гены, отвечающие за выработку определенных белков. Ученые предположили, что  эволюция плавников лопастеперых рыб в конечности четвероногих произошла из-за утраты этих белков.

Роботизированные плавники

Водяные животные эффективно используют свои плавники для движения. Подсчитано, что пропульсивный КПД некоторых рыб может превышать 90%. Рыбы могут увеличивать скорость и маневрировать гораздо эффективнее катеров или подводных лодок и создают меньше шума и возмущения на воде. Это привело к биомиметическим испытаниям подводных роботов, которые подражают движению морских животных. Примером может служить робот-тунец, построенный Институтом Робототехники для анализа и создания математической модели движения рыб, форма тела которых сходна с формой тела тунца. В 2005 году в Лондонском аквариуме «Морская жизнь» представили трех рыб-роботов, созданных факультетов компьютерных наук в университете Эссекса. Для сходства с настоящими рыбами роботов запрограммировали на свободное плавание в пределах аквариума и уклонение от препятствий. Их создатель утверждал, что в работе пытался объединить «скорость тунца, ускорение щуки и навигационные навыки угря».

AquaPenguin, созданный компанией Festo из Германии, повторяет обтекаемую форму и движения передних ласт пингвинов.Festo также разработала AquaRay, AquaJelly и AiraCuda, которые копируют движение ската, медузы и барракуды соответственно.

В 2004 году Hugh Herr из MIT спроектировал электронно-биомеханическую рыбу-робота с «живым» двигателем, пересадив хирургическим путем мышцы из лягушачьих лапок роботу и заставив робота плавать, сокращая мышечные ткани с помощью ударов электрического тока.

Роботизированная рыба позволяет создателям получать некоторые преимущества в исследованиях, например, возможность изучать части тела рыба по отдельности

Тем не менее, всегда есть риск излишне упростить биологию и обойти вниманием ключевые аспекты строения животных. Роботизированная рыба также позволяют исследователям изменять только один параметр, например, гибкость или конкретный способ управления движением

Исследователи могут напрямую измерить некоторые силы, что почти невозможно при изучении живой рыбы. «С помощью роботизированных устройств также можно упростить проведение трехмерных кинематических исследований и получать взаимосвязанные гидродинамические данные, например, точно узнать плоскость, в которой происходит движение. Кроме того, можно отдельно запрограммировать органы естественного движения (например, прямое и обратное маховое движение плавников), что, безусловно, почти невозможно при работе с живым существом».

Размножение

У самцов хрящевых рыб (акул и скатов), а также некоторых живородящих лучеперых рыб, развиты модифицированные плавники, выполняющие роль мужского полового органа, репродуктивных придатков, с помощью которых эти рыбы осуществляют внутреннее оплодотворение. У лучеперых рыб эти органы называются гоноподий и андроподий, у хрящевых рыб — класперами.

Видоизмененный анальный плавник у самца гуппи — гоноподий

Гоноподий можно обнаружить у некоторых самцов из семействчетырехглазковые и пецилиевые. Это анальные плавники, которые в результате мутаций стали функционировать как подвижные половые органы и используются для оплодотворения самок с помощью молок во время спаривания. Третий, четвертый и пятый лучи анального плавника у самца формируют желобок, по которому движутся сперматозоиды рыбы. Когда наступает момент спаривания, гоноподий выпрямляется и указывает прямо на самку. Вскоре половой орган самца, оснащенный похожим на крюк отростком, входит в половые органы самки. Этот отросток необходим самцу, чтобы удержаться рядом с самкой во время оплодотворения. Если самка сохраняет неподвижность во время этого процесса, оплодотворение проходит успешно. Сперма сохраняется в яйцеводе самки. Это позволяет самке оплодотворить себя в любой момент без дополнительной помощи самца. У некоторых видов длина гоноподия может соответствовать половине общей длины тела. Иногда длина плавника такова, что рыба не способна использовать орган, как это бывает у «лирохвостых» пород зеленых меченосцев. Развитие гоноподия возможно и у самок после приема гормональных препаратов. Однако такие рыбы бесполезны для селекции.

Аналогичные органы с похожими характеристиками встречаются и у других рыбы, например, андроподий у Хемирхамфодона или Гудиевых.

Класперы встречаются у самцов хрящевых рыб. Они расположены на задней части брюшных плавников и тоже в результате изменений стали выполнять функции репродуктивных органов — поставлять сперму в клоаку самки во время спаривания. В процессе спаривания акул один из класторов обычно поднимается, чтобы вода могла проникнуть в сифон через специальное отверстие. Затем кластер входит в клоаку, где он раскрывается наподобие зонтика и закрепляется в определенной позиции. Затем в сифон начинают поступать вытесняемые вода и сперма.