Флиппер (анатомия)

редактировать
Уплощенная конечность, приспособленная для движения и маневрирования в воде Пингвин Гумбольдта плавание. Крылья пингвина превратились в короткие сильные ласты, из-за чего нелетающие.Фотография черепахи, плывущей к поверхности, на фоне водолаза Эта зеленая черепаха вот-вот вырвется из поверхности в поисках воздуха в Кона, Гавайи.

A плавник. - широкая уплощенная конечность, приспособленная для движения в воде. Это относится к полностью перепончатым плавательным придаткам водных позвоночных, не являющихся рыбами.

У животных с двумя ластами, таких как киты, ласты относятся исключительно к передним конечностям. У животных с четырьмя ластами, таких как ластоногие и морские черепахи, можно выделить передние- и задние ласты или грудные ласты и тазовые ласты .

К животным с ластами относятся: пингвины (чьи ласты также называются крыльями ), китообразные (например, дельфины и киты ), ластоногие (например, моржи, безухие и ушастые тюлени ), сирены (например, ламантины и дюгони ) и морские рептилии, такие как морские черепахи и ныне вымершие плезиозавры, мозазавры, ихтиозавры и метриоринхиды.

. Термины «плавник» и «плавник» иногда используются непоследовательно, даже в научной литературе. Однако гидродинамические управляющие поверхности рыбы всегда называются «плавниками» и никогда «ластами». Конечности тетрапода, которые превратились в плавниковые структуры, обычно (но не всегда) называются «ластами», а не плавниками. Спинная структура у китообразных называется «спинным плавником», а большие хвосты китообразных в основном называются сосальщиками, но иногда и «хвостовыми плавниками»; ни одна из этих структур не является ластами.

Некоторые ласты очень эффективны на подводных крыльях, аналогичных крыльям (аэродинамическим профилям ), которые используются для движения и маневрирования в воде с большой скоростью и маневренность (см. Фольга ). Плавательные придатки с видимыми пальцами, такие как перепончатые передние лапы амфибийных черепах и утконос, считаются лопастями, а не ластами.

Содержание

  • 1 Передвижение
    • 1.1 Гидродинамика
  • 2 Эволюция ласт
    • 2.1 Цифровые процессы
    • 2.2 Эволюция ласт у черепах
  • 3 Собирательное поведение
  • 4 См. Также
  • 5 Ссылки

Передвижение

У всех видов водных позвоночных эффективность плавания зависит от управляющих поверхностей животного, включая ласты, сосальщики и плавники. Ласты используются для различных типов движения, управления и вращения. У китообразных они в основном используются для контроля, в то время как двуустка используется для движения.

Эволюция ласт у пингвинов происходила за счет их летных возможностей, несмотря на то, что они произошли от гадюки -подобный предок, который мог «летать» под водой, а также в воздухе. Форма ограничивает функцию, и крылья ныряющих летающих видов, таких как кайр или баклан, не превратились в ласты. Ласты пингвинов стали толще, плотнее и меньше, но при этом были модифицированы для обеспечения гидродинамических свойств.

Гидродинамика

ласты китообразных можно рассматривать как аналог современных инженерных судов на подводных крыльях, которые обладают гидродинамическими свойствами: коэффициентом подъемной силы, коэффициент лобового сопротивления и эффективность. Ласты являются одной из основных управляющих поверхностей китообразных (китов, дельфинов и морских свиней) из-за их положения перед центром масс и их подвижности, которая обеспечивает три степени свободы.

бугорки на ластах горбатых китов улучшают гидродинамику плавников при их размере. Прерывание каналов быстро движущейся воды позволяет горбачам сохранять «хватку» на воде и поворачиваться под более острыми углами даже на малых скоростях.

Ласты на горбатых китах (Megaptera novaeangliae ) не имеют гладкие передние кромки, но демонстрируют превосходную гидродинамику по сравнению с характерно гладкими передними кромками искусственных крыльев, турбин и других видов лопастей. Удивительная ловкость кита обусловлена ​​в первую очередь его нетрадиционными ластами, которые имеют большие неровные выступы на передних кромках, называемые бугорками. Бугорки препятствуют прохождению воды, поддерживая ровные каналы для быстро движущейся воды, ограничивая турбулентность и обеспечивая большую маневренность.

Передние лопасти, используемые ластоногими, действуют как колебательные подводные крылья. Для поворота используются как передние, так и задние ласты. Исследование морского льва в 2007 году показало, что большая часть тяги создавалась во время фазы движения цикла гребков переднего ласта. Хотя предыдущие данные об ушастых тюленях предполагали, что тяга была вызвана начальным движением передних ласт или конечной фазой гребли, основанной на лобовом сопротивлении, исследование 2007 года показало, что во время этих фаз тяга была незначительной или отсутствовала вовсе. Эффективность плавания у морских львов регулируется изменениями продолжительности и интенсивности движений без изменения их последовательности. Согласно критериям, основанным на скорости и минимальном радиусе поворота, ластоногие обладают большей маневренностью, чем китообразные, но уступают многим рыбам.

Эволюция ласт

Морские млекопитающие эволюционировали несколько раз, развивая аналогичные ласты.. Передние конечности китообразных, ластоногих и сирен представляют собой классический пример конвергентной эволюции. На генном уровне широко распространена конвергенция. Четкие замены в общих генах создали различные водные адаптации, большинство из которых представляют собой параллельную эволюцию, потому что рассматриваемые замены не уникальны для этих животных.

При сравнении китообразных, ластоногих и сирен, 133 параллелей. происходят аминокислотные замены. При сравнении и противопоставлении китообразных-ластоногих, китообразных-сирен и ластоногих-сирен происходит 2351, 7684 и 2579 замен, соответственно.

Цифровые процессы

Крупный план скелета Финского кита flipper

У китов и их родственников плавник из мягких тканей покрывает большую часть передней конечности, а также удлиненные пальцы с увеличенным количеством фаланг. Гиперфалангия - это увеличение количества фаланг сверх плезиоморфного состояния млекопитающего, состоящего из трех фаланг на палец. Этот признак характерен для вторично водных позвоночных с ластами. Гиперфалангию присутствовали вымершие ихтиозавры, плезиозавры и мозазавры.

Иллюстрация конечностей водных рептилий: мозазавров Platecarpus и Clidastes, а также ихтиозавры офтальмозавры и платиптеригиусы. Из «Остеологии рептилий» (1925)

Китообразные - единственные млекопитающие, у которых развилась гиперфалангия. Хотя ласты современных китообразных неправильно описаны как перепончатые лапы, промежуточные перепончатые конечности древних полуводных китообразных могут быть описаны как таковые. Наличие межпальцевой перепонки в окаменелостях полуводных эоценовых китообразных, вероятно, было результатом действия антагонистов BMP, противодействующих межпальцевому апоптозу в эмбриональном периоде. развитие конечностей. Модификации сигналов в этих тканях, вероятно, способствовали возникновению ранней формы гиперфаланги у полностью водных китообразных около 35 миллионов лет назад. Этот процесс продолжался с течением времени, и очень производная форма гиперфаланги, с шестью или более фалангами на палец, конвергентно развивалась у морских китов и океанических дельфинов и, вероятно, была связана с другой волной. передачи сигналов в межпальцевых тканях.

Хотя у зубатых китообразных пять пальцев, у большинства усатых китов четыре пальца и даже отсутствует пястная кость. У последних (mysticetes) луч первого пальца мог быть утерян всего 14 миллионов лет назад.

Эволюция ласт у черепах

Иллюстрация плезиозавра ласт. Мейеразавр и Тринакромерум. Из «Остеологии рептилий» (1925)

Морские черепахи произошли в меловом периоде. Их ласты развивались постепенно в результате серии ступенчатых адаптаций, при этом наиболее фундаментальные черты ласт проявлялись в самых глубоких узлах (в самые ранние времена) в их филогенезе. Эти начальные черты проявились только один раз среди хелониоидов, а бауплан был уточнен в ходе вторичного процесса специализации.

Evers et al. идентифицированы символы, связанные с грудным поясом и передними конечностями, которые связаны с преобразованием рук и кистей морских черепах в ласты.

Основные биомеханические особенности ласт

  • уплощение элементов
  • удлинение плечевой кости
  • уменьшение подвижности между отдельными элементами ласт

Основные черты движения ласт

  • латеральное положение плечевого отростка
  • изменение угла внутреннего лопатка

Собирательство

Из-за специализации ласт и их гидродинамических ограничений считалось, что они не использовались для значительного взаимодействия с окружающей средой, в отличие от ног наземных четвероногих. Однако использование конечностей для кормления задокументировано у морских четвероногих. Использование ласт для кормления наблюдается у морских млекопитающих, таких как моржи, тюлени и ламантина, и даже у рептилий, таких как морские черепахи. Среди черепах наблюдаемое поведение включает зеленую черепаху, держащую медузу, логгерхеда, катящую гребешка по морскому дну, и черепаху-ястребину, толкающуюся о риф за рычаг, чтобы вырвать анемона. Основываясь на предположении об использовании конечностей у предковых черепах, такое поведение могло иметь место уже 70 миллионов лет назад.

См. Также

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-20 08:44:48
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте