Адаптація дельфінів до водного середовища
Водне середовище в 800 разів щільніше повітряної. Тому навіть повільне пересування в ній вимагає від водних мешканців обтічної форми тіла. Питання про гидродинамическом досконало китоподібних виник ще в 1936 р у вигляді так званого "парадоксу Грея". Англійський вчений Д.Грей, спостерігаючи за стрімким рухом дрібних китоподібних в океані вирахував, що через турбулентність потоку м'язи дельфінів повинні мати потужність в 7 разів більшою, ніж у будь-яких інших ссавців. Оскільки це неможливо, то було висловлено припущення, що дельфіни мають якісь кошти, які допомагають їм боротися з турбулентністю і долати опір води.
Відомо, що турбулентність, або завихрення, в прикордонному шарі рідини, що затримує рух, збільшується не тільки зі швидкістю, але і з розміром тіла, що рухається. Дрібні китоподібні в особливих випадках можуть показувати різко перебільшену (помилкову) швидкість ходу. Наприклад, дельфіни, оседливая корабельні хвилі і використовуючи штовхає гидродинамическую силу, пристроювалися до носа швидкохідних есмінців, які рухалися зі швидкістю 65 км / ч. Але це не їх природна швидкість.
Високу швидкість пересування китоподібних пояснювали потужністю м'язів хвостового движетеля, особливостями мускулатури і обтічною формою тіла. Однак цього було явно недостатньо. Проблема перетворення китоподібних в кращих маневрених і швидкісних плавців була вирішена в ході еволюції тільки тоді, коли у них з'явилися два найважливіших пристосування до плавання:
- а) активна самонастройка демпфірування шкіри
- б) саморегуляція гидроупругости плавників.
Перша найважливіша адаптація китоподібних полягає в унікальній властивості шкіри дельфінів і китів активно регулювати і знижувати гідродинамічний опір в різних режимах плавання. Було показано, що сприймаються рецепторами шкіри пульсації обурення в обтічні потоці води локально погашаються за допомогою кровоносної системи: змінна інтенсивність кровотоку в шкірі адекватно змінює пружність, натяг і демпферні властивості її шарів відповідно до швидкості плавання китоподібного.
При активному русі тварини шкіра його самонастроюється, і вирішальну роль в цьому відіграють крихітні дермальнийсосочки, які багато забезпечені кровоносними судини і нервовими закінченнями. Дермальнийсосочки розташовуються по тілу тварини не безладно, а поздовжніми рядами в напрямку струменів оточуючого потоку, в кожному ряду - як зуби в гребінці. Будь сосочок завдяки мінливого і регульованим кровенаполнению володіє змінної пружністю. У дельфіна на сторожі знаходяться мільйони таких сосочків, які попереджають розвиток вихрового потоку на кожній ділянці шкіри; як при швидкому ході дельфіна починають з'являтися перші ознаки обурення потоку (вихори), як тут же в цьому "небезпечному" ділянці змінюється потік крові, змінюються пружність шкіри і інші її механічні властивості. В результаті цього зароджується обурення потоку ліквідується: вихор гаситься, не встигнувши розвинутися. Настільки швидка реакція пояснюється винятковою рухливістю кровоносної системи дельфіна.
Про ламинаризации потоку шкірою китоподібних свідчать і деякі прямі спостереження над дельфінами, плаваючими в умовах біолюмінісценція (світіння) моря. Дельфін пливе, майже не порушуючи спокійного стану води.
Друга найважливіша адаптація до швидкого плавання китоподібних - змінна гидроупругости плавників, регульована в залежності від режиму плавання. Вона була встановлена на основі різнобічних досліджень дельфінів і китів.
Регуляція пружності плавників здійснюється автоматично за допомогою специфічних комплексних артеріовенозних судин, розподільних вузлів на їх системі і особливої структури покривних тканин плавників, що включає покриття з сухожильних тяжів. Чим швидше дельфіни пливуть, тим вище пружність їх плавників.
Хвостовий плавець - широкий, сильно розвинений виріст шкіри - зберігає її типову тришарову структуру - епідермісу, дерми і гіподерми. Але є в цьому виросте і відмінності в порівнянні з шкірою тулуба:
- а) між сосочковимим шаром дерми і сітчастим шаром гіподерми залягає суцільне і Малорозтяжні покриття. Воно складається з численних сухожильних тяжів (в діаметрі 1-1,5 мм), які тягнуться від тулубових м'язів і хвостових хребців;
- б) сітчаста гиподерма з колагеновими волокнами, що заповнює всю внутрішню область плавника, дуже бідна жировими клітинами, але дуже насичена кровоносними судинами.
Хвостовий плавник не має власної мускулатури, але його кровопостачання дуже рясно: потужна мережа артерій всіх рангів, від великих розподільників і збирачів (в діаметрі 1-2 мм) до капілярів (0,02-0,04 мм).
Специфічна особливість судинної мережі плавників - її комплексний характер. Комплексний посудину складається з товстостінної м'язової артерії і венозної обплетення - тонкостінних вен, які оточують артерію.
Таким чином, кров, надходячи по комплексним судинах в плавники то в більшій кількості (при високій швидкості тварини), то в меншому (при малій швидкості), створює усередині плавників, одягнених в нерозтяжна оболонку, різну ступінь пружності, об'ємне напруженої стан, пов'язаний з режимом плавання.