Всадники Перна. Материалы

Дельфины -> Как быстро плавают дельфины

Водная среда в 800 раз плотнее воздушной. Поэтому даже медленное передвижение в ней требует от водных обитателей обтекаемой формы тела. Вопрос о гидродинамическом совершенстве китообразных возник еще в 1936 г. в виде так называемого "парадокса Грея". Английский ученый Д.Грей, наблюдая за стремительным движением мелких китообразных в океане высчитал, что из-за турбулентности потока мышцы дельфинов должны обладать мощностью в 7 раз большей, чем у всяких других млекопитающих. Поскольку это невозможно, то было высказано предположение, что дельфины имеют какие-то средства, помогающие им бороться с турбулентностью и преодолевать сопротивление воды.

Известно, что турбулентность, или завихрения, в пограничном слое жидкости, задерживающая движение, увеличивается не только со скоростью, но и с размером движущегося тела. Мелкие китообразные особых случаях могут показывать резко преувеличенную (ложную) скорость хода. Например, дельфины, оседлывая корабельные волны и используя толкающую гидродинамическую силу, пристраивались к носу быстроходных эсминцев, двигавшихся со скоростью 65 км/ч. Но это не их естественная скорость.

Высокую скорость передвижения китообразных объясняли мощностью мышц хвостового движетеля, особенностями мускулатуры и обтекаемой формой тела. Однако этого было явно недостаточно. Проблема превращения китообразных в лучших маневренных и скоростных пловцов была решена в ходе эволюции только тогда, когда у них появились два важнейших приспособления к плаванию:

• а) активная самонастройка демпфирования кожи
• б) саморегуляция гидроупругости плавников.

Первая важнейшая адаптация китообразных заключается в уникальном свойстве кожи дельфинов и китов активно регулировать и снижать гидродинамическое сопротивление в различных режимах плавания. Было показано, что воспринимаемые рецепторами кожи пульсационные возмущения в обтекающем потоке воды локально погашаются посредством кровеносной системы: переменная интенсивность кровотока в коже адекватно изменяет упругость, натяжение и демпферные свойства ее слоев в соответствии со скоростью плавания китообразного.

При активном движении животного кожа его самонастраивается, и решающую роль в этом играют крохотные дермальные сосочки, которые богато снабжены кровеносными сосудиками и нервными окончаниями. Дермальные сосочки располагаются по телу животного не беспорядочно, а продольными рядами в направлении струй обтекающего потока, в каждом ряду - как зубья в гребенке. Любой сосочек благодаря меняющемуся и регулируемому кровенаполнению обладает переменной упругостью. У дельфина на страже находятся миллионы таких сосочков, которые предупреждают развитие вихревого потока на каждом участке кожи: лишь только при быстром ходе дельфина начинают появляться первые признаки возмущения потока (вихри), как тут же в этом "опасном" участке изменяется поток крови, меняются упругость кожи и другие ее механические свойства. В результате этого зарождающееся возмущение потока ликвидируется: вихрь гасится, не успев развиться. Столь быстрая реакция объясняется исключительной подвижностью кровеносной системы дельфина.

О ламинаризации потока кожей китообразных свидетельствуют и некоторые прямые наблюдения над дельфинами, плавающими в условиях биолюминисценции (свечения) моря. Дельфин плывет, почти не нарушая спокойного состояния воды.

Вторая важнейшая адаптация к быстрому плаванию китообразных - переменная гидроупругость плавников, регулируемая в зависимости от режима плавания. Она была установлена на основе разносторонних исследований дельфинов и китов.

Регуляция упругости плавников осуществляется автоматически при помощи специфических комплексных артериовенозных сосудов, распределительных узлов на их системе и особой структуры покровных тканей плавников, включающей покрытие из сухожильных тяжей. Чем быстрее дельфины плывут, тем выше упругость их плавников.

Хвостовой плавник - широкий, сильно развитый вырост кожи - сохраняет ее типичную трехслойную структуру - эпидермиса, дермы и гиподермы. Но есть в этом выросте и отличия по сравнению с кожей туловища:

1. между сосочковымым слоем дермы и сетчатым слоем гиподермы залегает сплошное и малорастяжимое покрытие. Оно состоит из многочисленных сухожильных тяжей (в диаметре 1-1,5 мм), которые тянутся от туловищных мышц и хвостовых позвонков;
2. сетчатая гиподерма с rоллегановыми волокнами, заполняющая всю внутреннюю область плавника, весьма бедна жировыми клетками, но очень насыщена кровеносными сосудами.

Хвостовой плавник не имеет собственной мускулатуры, но его кровоснабжение очень обильно: мощная сеть артерий всех рангов, от крупных распределителей и собирателей (в диаметре 1-2 мм) до капиляров (0,02-0,04 мм).

Спецефическая особенность сосудистой сети плавников - ее комплексный характер. Комплексный сосуд состоит из толстостенной мышечной артерии и венозной оплетки - тонкостенных вен, которые окружают артерию.

Таким образом, кровь, поступая по комплексным сосудам в плавники то в большем количестве (при высокой скорости животного), то в меньшем (при малой скорости), создает внутри плавников, одетых в нерастяжимую оболочку, различную степень упругости, объемное напряженной состояние, связанное с режимом плавания.