8. Экологические аспекты локомоции в газовой среде

(значится так, вышло многовато, но вроде все по теме, хотя меня могло сглючить,т.к. мутно все как то. если у кого есть идеи говорите.)

газообразная среда, это воздушная вроде как......

как и у планктонных систем, в воздушной среде в принципе характерны разнообразные парашутные системы, напимер диаспоры тополя или одуванчика. но т.к. системы несущих плоскостей создают поперечные силы перепендикулярные к направлению обтекающего потока ив соответствии с этим парашютные системы могут функционировать только пригоризонтальном поступательном движении(т.е. падении).

В воздушней среде так же встречается аэродинамическая коррекция отрицательной плавучести. Она является постоянным и неотемлимым элементом работы движетеля при полете любых летающих животных - насекомых, птиц, рукокрылых и др. Благодаря большой функциональной пластичности птериальных движетелей они способны осуществлять полет в различных режимах, прикоторых может обеспечиваться как наличие так и отсутствие горизонтальной составляющей скорости.

В случае планирующего полета в воде или в воздухе источником движущей силы служит отрицательная плавучесть организма. Это справед¬ливо в равной мере и при пассивном полете, который не контролируется организмом, и при активном, контролируемом планирующем полете, который в водной среде характерен, в частности, для многих подвижных представителей нектобентоса, а в воздушной — для большинства птиц и других летающих животных. Формы и степень управления планирующим полетом со стороны организма могут быть существенно различны, что в каждом отдельном случае определяется морфологическими особенностями конкретной экоморфы и общим уровнем функционально-структурной организации вида. Рассмотрим лишь два примера, которые в этом отношении соответствуют двум крайним случаям: планирующее плавание девонских рыбообразных из группы гетеростраков и планирующий полет птиц.

Планирующее плавание гитеростраков (Heterostraci) представляет особый интерес как случай движения абсолютно жесткого планера с неизменяемой геометрией несущих плоскостей, управляемого лишь подвижным хвостом животного.

Относительно широкие жесткие панцири гетеростраков в подавляющем большинстве случаев характеризуются заметной дорсовентральной асим¬метрией, которая обусловлена большей выпуклостью вентральной поверхности тела по сравнению с дорсальной, что при плавании животного неизбежно приводит к возникновению постоянного продольного корпусного момента, вращающего тело в вертикальной плоскости головой вверх.

Планирующий полет птиц, в отличие от планирующего плавания гетеростраков, представляет собою движение планера с максимально изменяемой геометрией не только несущих плоскостей, т. е. крыльев, но и стабилизаторно-рулевых органов, функции которых у различных видов птиц выполняют голова, шея, ноги и хвост. Изменяемость геометрии крыльев и хвоста птиц общеизвестна и останавливаться на описании этого явления нет надобности.

Планирующий полет в полупогруженном состоянии представляет собою особый и очень редкий случай активного поступательного движения. Сюда относится широко известное плавание дельфинов (Delphinidae) на гребнях волн.

Птериальный движитель (от греч. ятёри? — крыло), представленный машущими несущими плоскостями, т. е. крыльями, филогенетически возникает как источник движущей силы при полете в атмосфере. Локомоторный полет в атмосфере свойствен только животным — насекомым, отдельным видам рыб (Gasteropelecidae), летающим ящерам (Pterosauria), птицам и рукокрылым (Chiroptera). У всех у них источником движущей силы при полете служит птериальный движитель.

Присутствие крыльев и функционально связанного с ними опорно-мышечного комплекса, а также различных специальных стабилизаторно-рулевых устройств во всех случаях составляет существенную характеристическую черту экоморфы летающих животных и в значительной мере определяет облик животного.

Аэродинамика машущего полета в деталях различна не только у раз¬ных видов и групп животных, но и в разных режимах полета в пределах одного и того же вида

При этом, однако, во всех случаях сохраняется единый принцип действия птериального движителя: в результате работы крыльев всегда возникает экологически целесообразная аэродинамическая сила, направленная чаще всего вперед и вверх. Горизонтальная составляю¬щая этой силы является собственно движущей, т. е. локомоторной силой, тогда как вертикальная, направленная вверх, представляет собою поддер¬живающую силу, с помощью которой осуществляется коррекция резко отрицательной плавучести животного в атмосфере. Горизонтальная составляющая в некоторых случаях может отсутствовать и тогда животное неподвижно «зависает» в воздухе либо перемещается вверх или вниз по вертикали, что доступно для многих насекомых и птиц. Вертикальная составляющая в принципе не может стать равной нулю, поскольку при отсутствии активной аэродинамической коррекции отрицательной плавучести локомоторный полет в атмосфере не возможен ни для каких животных.

В соответствии с экологическими особенностями конкретных видов животных, в каждом отдельном случае птериальный движитель приобретает такие функционально-структурные параметры, которые обеспечивают определенное, оптимальное в данном случае соотношение горизонтальной и вертикальной составляющих полной аэродинамической силы и допускают варьирование этого Соотношения в определенных, экологически целесообразных пределах.

Птериальный движитель представлен двумя основными вариантами: 1) ортоптериальным и 2) артроптериальным.

1. Ортоптериальный движитель Образован прямыми крыльями, каждое из которых (правое и левое) по размаху, т. е. в проксимально-дисталь-ном направлении, не поделено на какие-либо подвижно сочлененные отделы. При таком строении крылья в полете не могут сколько-нибудь существенно изменять свою геометрию в плане; в некоторых случаях они могут, правда, определенным образом складываться, когда животное опирается на твердый субстрат и крылья бездействуют, что можно наблюдать, напри¬мер, у жуков (Coleoptera) или веерокрылых (Strepsiptera), но в полете та¬кие «складные» крылья работают как морфологически целостная плос¬кость. Ортоптериальный движитель свойствен всем летающим насекомым и способным к локомоторному полету в атмосфере рыбам семейства Gasteropelecidae. По своей морфологической организации ортоптериальные движители подразделяются на два резко различные типа:

1) склероортоптериальный (образован жесткими прямыми крыльями, приводимыми в движение мышцами, которые находятся не в крыле, а в корпусе животного. Крыло же как таковое представляет собою лишь тонкую жесткую упругую пластинку, которая подвижно укреплена в жесткой стенке корпуса и действует как рычаг, приводимый в движение путем изменения геометрии жесткого наружного скелета корпуса. Этот движитель свойствен всем летающим насекомым и представлен а) дисклероортоптериальным(две пары крыльев) и б) моносклероортоптериальным(одны пара крыльев) вариантами.)

2) актиноортоптериальный(образован грудными плавниками лучеперых рыб (Actinopterygii) шз-семейства Gasteropelecidae. Как и у всех других лучеперых рыб,грудные плавники Gasteropelecidae армированы радиально расходящимися; тонкими костными лучами, пространство между которыми затянуто ко¬жистой перепонкой. Эти мелкие (длиною не более 10 см) пресноводные южноамериканские рыбки, представленные несколькими родами (Carnegiella,. Gasteropelecus, Thoracocharax), во время полета, подобно насекомым и птицам, машут грудными плавниками, как крыльями, с шумом пролетая над поверхностью воды 3—5 м)

2. Артроптериальный движитель -построен на основе одной пары складывающихся крыльев, каждое из которых в проксимально-дистальном направлении поделено на ряд подвижно соединенных между собой сегментов. Такие крылья в полете могут существенно изменять свою геометрию в плане, чем принципиально отличаются от крыльев ортоптериальных. Изменяющаяся геометрия крыла расширяет-его функциональные возможности, позволяя обеспечивать самые разнообразные режимы полета, что в большинстве случаев имеет важнейшее-экологическое значение. Движитель этого типа свойствен всем способным к локомоторному полету рептилиям, птицам и млекопитающим. Он представлен четко разграниченными 1) дермоартроптериальным и 2) птероартроптериальным вариантами.

1) Дермоартроптериальный движитель ( представлен перепончатыми кожистыми крыльями летающих ящеров птерозавров)

2) Птероартроптериальный движитель (образован оперенными крыльями птиц. при полете аэродинамически допустима любая степень сложенности крыльев, поскольку при складывании крыльев их несущая поверхность всегда остается гладкой и сохраняет обтекаемую макроформу. В этом смысле крылья птиц представляют собою идеальный вариант артроптериального движителя )