Акула...на взлет!

Одним из любопытных вопросов биомеханики является вопрос о механизмах поступательного движения акул. Как известно, средняя плотность тела хрящевых рыб, не имеющих плавательного пузыря, больше плотности воды. Чуть улучшает положение, не решая проблему окончательно, огромная, богатая жировыми отложениями, печень. Поэтому, если акула не будет двигаться, то постепенно опустится на дно - "утонет" (а потом там и останется). По этой причине (но не только: тут еще и "затыки" с механизмом газообмена - крышек-то нет!) большинство акул находятся в постоянном движении. При этом, разумеется, интересно понять, как именно они удерживаются на плаву? До недавнего времени ученые полагали, что дополнительная вертикальная сила, поддерживающая рыбу на плаву, создается благодаря форме тела (оно выпукло сверху и сглажено снизу, что очень похоже на профиль крыла самолёта!) и задранному носу (см. схему ниже). Кроме того, подъемная сила частично обеспечивается горизонтально расположенными парными плавниками: главным образом грудными, в меньшей степени - брюшными.

В свою очередь, некоторые специалисты высказывали мнение о том, что акулы к тому же "подмахивают" себе хвостом. На это, по их мнению, указывает асимметричная форма гетероцеркального (=эпибатического) хвостового плавника с сильно вытянутой назад верхней лопастью, "работающего", как предполагал академик И.И.Шмальгаузен еще в 1913г., на "подъем" передней части тела.

Подтвердить высказанные предположения смогли только в 2002 г. В Journal of Experimental Biology появилась статья, авторы которой смогли разобраться с движением хвоста рыбы. Для этого они добавили в воду мельчайшие твердые частицы, движение которых регистрировалось двумя камерами. Используя полученные данные, ученые при помощи непростого алгоритма восстановили трехмерную структуру потоков, создаваемых хвостом рыбы. В результате выяснилось, что, возникающие в результате движения хвоста завихрения и толкают рыбу вперед, и поддерживают ее на плаву!

Биолог из университета Гарварда Брук Флеменг в 2005 г. обнаружила странную мышцу в хвосте акулы, сокращающуюся лишь во время взмахов хвоста. Цель этих сокращений долгое время оставалась загадкой – зачем мышечным волокнам сокращаться, если это не влияет на механику движения? Флеменг предположила, что неизвестная мышца каким-то образом изменяет форму хвостового плавника, улучшая эффективность его работы при движении. Как удалось выяснить исследователям, мышца хвостового плавника, сокращающаяся при взмахах хвоста, изменяет его жесткость, при этом формируя вихревой след особой формы – два вихря за один взмах.

Когда биологи попытались воспроизвести подобный трюк в лабораторных условиях, затея с треском провалилась – несмотря на точность выполненного электромакета хвоста акулы, ему недоставало той самой загадочной мышцы, сокращающейся при взмахах.

Таким образом, акулы раскрыли еще одну свою тайну, попутно продемонстрировав весьма удивительные способности. По мнению Б. Флеменг, изучение двойных вихревых потоков может оказать значительное влияние на создание эффективных и дешевых двигателей, работающих в воде.

Источники: https://lenta.ru/articles/2011/12/01/mechanics/

Никольский Г.В. Экология рыб. - М.: Высшая школа, 1974.