例如,北极熊经常可以轻松地从一座冰山游到数十至数百公里外的另一座冰山,速度可达每小时10公里。海獭一年中95%的时间都在海里度过。它有一项独特的技能。它能以仰卧的姿势漂浮在水面上,腹部放一块石头作为砧,然后用前脚抓住一只海蛤。停下来用力敲打石头,把蛤壳打碎,然后吸进去。
游泳也是人类通过身体动作在水中移动的一项技能。奥运会比赛项目有自由泳、蝶泳、仰泳、蛙泳和混合泳。许多姿势模仿水生动物的游泳动作。动物的游泳方式也多种多样,包括摇摆法、划桨法、水翼法、喷射法等。每种动物所采用的游泳方式主要与其体型有关,并且具有相对复杂的进化背景。
摆式游泳
最典型的游泳方法是鱼,其效果由以下因素决定:鳍的大小和形状、鳍的斜度、鳍的摆动速度。大多数鱼类都有较大的尾鳍,尾鳍的摆动产生向前的推力。但有些鱼,尤其是鳗鱼,尾鳍很小,它们在水中的摆动和游动似乎与尾鳍较大的鱼有很大不同。
事实上,它们的不同之处在于后者的身体形状细长,脊柱更容易弯曲。鳗鱼游动时,身体前部保持笔直,不弯曲,后部左右弯曲,一部分向左摆动,另一部分向右摆动。它看起来像波浪,将水推向一边并向后推。简而言之,它是依靠摆动的身体将部分水推回去,从而使身体能够前进。鳗鱼也是鱼类中的“旅人”。生活在欧洲的鳗鱼实际上会游到遥远的马尾藻海和百慕大东南部的温暖水域产卵和繁殖。迁徙距离最远超过5000公里!
除了鱼以外,还有很多动物都是用摆法游泳的。最原始的动物——原生动物中的眼虫和衣藻——靠鞭毛的摆动来游泳,鞭毛是细胞表面分化形成的运动细胞器。
鞭毛也存在于高等动物的精子中。因此,这种在水中荡秋千的前进方式被认为是一种起源很早的原始方式。
文昌鱼是头索类动物,游泳能力不如鱼类。由于它没有鳍,因此无法平衡身体或随意转动。它游泳时只能依靠扭动身体和尾巴。在两栖动物中,蝌蚪、蝾螈和青蛙的幼虫通过摆动尾巴来游泳。
另外,由于成年鲵的四肢较弱,游泳时四肢紧贴腹部,借助躯干和尾部的弯曲来移动。大多数海蛇的尾巴并不像鞭子那样又长又细,而是像桨一样扁平,甚至躯干的背部也是平坦的,这与陆生蛇有很大不同。当海蛇在水中游动时,它摆动的尾巴是主推进器,带动它的身体像波浪一样蜿蜒前行,在平静的海面上激起美丽的涟漪。
在鱼类中,剑鱼的游动速度最快,位居第一。旗鱼正常游泳速度可达每小时90公里,短距离可达每小时110公里以上,即使是最快的船只也无法企及。旗鱼在游动时,用剑一样的长鼻迅速将水向两侧分开,并不断摆动尾鳍,就像船上的螺旋桨一样。再加上它的身体呈流线型,肌肉发达,摆动的力量很大,所以它前进的速度就像离弦的箭一样快。
剑鱼的身体呈纺锤形,尾巴细细,摆动有力。体表覆盖有一层光滑的鳞片和润滑体表的粘液。这是一种高度流线型的体形,对于让旗鱼高速前进、减少阻力起到了非常重要的作用。因此,剑鱼的游泳速度也非常惊人,仅次于剑鱼,是鱼类中的“飞毛腿”。
划桨游泳
胸鳍比较发达的鱼类可以利用胸鳍的划动来使身体向前或向后移动。最奇特的是长着“翅膀”的飞鱼。不过,与鸟类的翅膀不同,飞鱼有一对宽阔的胸鳍,一直延伸到尾部,使整个身体像一架正在编织的“长梭”。飞鱼在海里游得很快。当动力足够强时,飞鱼可以跃出水面,在离水面4至5米的高度像滑翔机一样飞行数十米,并能在空中停留最长时间。持续时间一分钟,最远飞行距离超过400米,飞行速度可达每小时57公里。当它在空中滑翔时,它还利用风的力量飞得更快。
蝠鲼体型巨大,样子怪异,而且移动速度非常快。它们经常在水面上拍动鳍,进行旋转跳跃,并用长尾鳍在距水面三四米的空中滑翔。虽然它的飞行能力不如飞鱼,但它巨大的身体升出水面的姿势却非常惊人,确实独一无二。当它在海底游动时,巨大的胸鳍拍动,产生一股气势磅礴的暗流,将海底搅动成浑浊的水流。因此,人们又称它为“海中魔鬼”。
更有趣的是海马鱼。游泳时,它昂首向上,垂直站立在水中。它可以依靠背鳍和胸鳍的拍动来缓慢地直线上升和下降。
许多其他水生动物也使用划桨游泳。草履虫看起来像草鞋,有数千根纤毛。纤毛可以划桨,就像桨一样。草履虫就像一艘有数千个桨一起划动的潜艇,可以以1毫米/秒的速度移动。前进。
大多数水生节肢动物都擅长游泳,如螃蟹、虾、磷虾、螳螂虾、鲎和水生昆虫等。例如,虾有10对附肢,其中5对用于捕捉食物和在海底爬行,5对用于游泳,尾巴是扁平的扇尾。看到它们摇曳的样子,人们普遍认为它们在海里游得一定不快。事实上,他们都是游泳好手。他们可以在水中轻松地前后移动。他们还可以移动水并向后跳跃。尤其长距离游泳是他们的专长。虾体轻而强壮,游得很快。他们大约可以在两个月内完成数千公里的长途旅行。
昆虫基本上都是陆生动物,但有些昆虫幼虫生长在水中,如蜉蝣、蜻蜓、蚊子等。也有很多昆虫成虫后仍生活在水中,如龙虱、水龟等鞘翅目昆虫,以及半翅目动物,例如臭虫、仰泳虫和田龟。随后它们从陆地(或湿地)转移到水中。的。大多数水生昆虫通过划桨游泳。
成年青蛙依靠后肢划水游泳。由于后肢脚趾之间有蹼,因此在水中划桨时可以增加对水面的推力。
在鸟类中,游泳的鸟类,如潜鸟、鹈鹕、鸬鹚、鲣鸟、大雁、天鹅、野鸭、鸳鸯、海鸥等,都是靠腿划水游泳的。一些涉水鸟雏鸟也以同样的方式游泳。他们的脚趾之间有蹼。当腿向后伸展时,腹板展开以增加水面的推力;当腿向前移动时,网会折叠以减少对水的阻力。它们在水中游来游去,就像小船在水中划行一样。
水翼艇游泳
水翼艇是水生动物的流线型运动器官。水翼艇游泳是大型水生动物常用的运动方式,例如企鹅、海豚、鲸鱼、金枪鱼等。它们除了具有流线型的体形外,还具有流线型的运动器官。
企鹅在水下拍动翅膀的特点
点,可以看出它和鱼的游动有很大的不同。当它游泳时,我们从它翅膀的横截面可以看到,有两个力作用在它身上,一个是与前进方向相反的流体阻力,另一个是垂直于阻力的升力。当机翼向下拍动时,前缘向上翻转,与向前方向形成正迎角,产生向上和向前的升力。当机翼抬起时,前缘下沉,导致负迎角和向下和向前的升力(或下沉力)。在机翼的每次扑动中,不同方向部件的升力相互抵消。企鹅受到向前推进矢量的推动,在水中快速移动。企鹅具有出色的游泳和潜水技能。游泳速度一般为5~10公里/小时,最高可达60公里/小时。潜水深度可达数十米,一次潜水可持续约5分钟。在海面游泳时,常做出跳跃“飞”的动作。
水龟通常具有流线型的甲壳,有助于减少游泳时的水阻力、扁平的四肢以及有蹼的手指和脚趾。绿海龟、棱皮龟、玳瑁龟、侠龟和橄榄龟的四肢特化为鳍状桡足类,在海中游泳时形成水翼。它可以像桨一样在水中灵活地划动和游泳。例如,棱皮龟是一种生活在海洋中的动物。它能在海洋中长时间、快速地游泳,因此被称为“游泳健将”。 1970年,我国长江口海域捕获了一只棱皮龟。它身上的标签显示,它也是在数千公里外的英国大西洋海域被捕获的,可见其极高的游泳能力。 。
金枪鱼游动时,垂直于水面的尾巴变成水翼,左右摆动,快速前进。这也说明有些鱼的摇摆游动和水翼游动并没有绝对的区别。金枪鱼游泳能力强,活动范围广,游泳速度很快,一般为37公里/小时。短距离突然移动的速度可达75公里/小时。金枪鱼的洄游路线也很长。一种金枪鱼可以从美国加利福尼亚海岸游到日本近海,总距离8500公里,平均每天26公里;另一种金枪鱼仅用了119天就穿越了7770公里宽的大西洋,每天的行程超过65公里;还有一种金枪鱼可以从澳大利亚湾穿越印度洋,最终到达大西洋彼岸。
尽管哺乳动物中的鳍足类动物可以登陆陆地,但它们一生的大部分时间都在海水中度过。它们依靠流线型的身体、发达的肌肉和有力的脚蹼在海中行动自如,十分敏捷。其中,海象游泳的速度为24公里/小时,可潜至不到70米的深度;海狗能潜到100米以上的深度,游泳的速度可达27公里/小时;海豹的游泳速度也约为每小时27公里,但其潜水能力更为强大。一般可潜至100米至300米左右的深度。每天最多可潜水30至40次,每次持续20分钟以上。
鲸类是完全生活在水中的哺乳动物。它们的中间最厚,两端逐渐变细,呈现出纺锤形的外观。事实上,由于水中水压的作用,鲸鱼的前端和胸部之间的部分变得非常锥形,更像是一条抛物线。这对他们游泳时有好处,并减少运动阻力。当然,各种鲸鱼的体形并不完全相同,这与它们的游泳速度有关。例如,露脊鲸游得很慢,身体几乎呈圆形,每小时不到10公里;座头鲸游得更慢,一般每小时只有7公里;抹香鲸游得更快,平均速度为18公里。 /小时,瞬时速度可达37公里/小时,蓝鲸和长须鲸也能以同样的速度游动10至15分钟。在大型鲸鱼中,游动速度最快的鲸鱼是细长的须鲸,它在水面上的瞬时速度可以达到每小时56公里。
较小的海豚是能够长时间保持高速运动的鲸鱼。例如,真正的海豚可以以每小时37公里的速度长时间游泳。当它在驱逐舰前方的海浪中游动时,速度可达每小时59公里。有些海豚甚至可以连续几天跟上全速航行的船只。
鲸鱼尾鳍的功能也与鱼尾不同。它可以上下摆动,形成平行于水面的水翼,利用水的反作用力推动身体前进。为什么鱼的尾鳍是垂直的,而鲸鱼的尾鳍是水平的?事实证明,鱼类虽然可以在水中呼吸,但为了追逐食物或躲避捕食者,它们往往需要快速地左右转动。这个动作使用垂直尾翼。以获得最大的优势。鲸类动物必须浮到水面呼吸,然后潜入水中寻找食物。水平尾翼最有利于这种快速的上下运动。当尾鳍上下均匀摆动时。身体可以直线向前移动。如果向下的波动大于向上的波动,它们就会上升,否则就会下沉。
海豚游得如此之快的原因之一是它们的皮肤有一种特殊的结构,即所谓的“弹性表皮”,可以消除身体周围水体产生的湍流,也称为湍流,保持稳定的层流在皮肤表面。 。
水翼的左右宽度称为翼展,前后边缘之间的距离称为翼弦。翼展与翼弦的比值(称为展弦比)对水翼运动的效果影响很大。当该比值较大时,升力保持不变,阻力减小。企鹅、海龟、鲸鱼、海豚和金枪鱼的水翼长宽比较大,因此它们游得更快。除了高效的水翼运动外,其流线型的外形也使其在水中的阻力较小,使其能够快速游动。当海豚游得很快时,它们经常会跳出水面,这似乎是一种能量的浪费。事实上,由于它们在空中前进的阻力较小,因此在移动相同距离时消耗的能量也较少。
喷射游泳
喷射游泳是一些无脊椎动物使用的特殊游泳方法。例如,软体动物包括鱿鱼、章鱼、鹦鹉螺和扇贝,腔肠动物包括水母,昆虫包括蜻蜓幼虫。
乌贼、章鱼等头足类软体动物的游泳技巧令人惊叹。鱿鱼的内壳疏松多孔,可以储存空气,增加浮力。它就像鱼一样,体内有一个鱼鳔,所以它可以在浩瀚的海洋中自由自在地游动。其结构呈漏斗状,头部下方后端腹面有狭缝。水通过缝隙进入外套腔进行呼吸。漏斗有来自大脑食管下叶的神经分布,具有多种功能。外套腔壁上有肌肉。当地幔壁的肌肉快速而有节奏地收缩时,水很快被从漏斗中挤出,产生推力使身体后退。漏斗也可以向后转动,使它们在水中向前移动。飞乌贼在紧急情况下还可以在水面上飞行一定距离。更有趣的是,乌贼的手腕既是捕食者,又是交配器官。雄性的手腕可以脱离身体并游向雌性进行交配。
鹦鹉螺的游泳方式与乌贼类似,利用漏斗收缩并喷射海水,利用反作用力推动身体前进。鹦鹉螺气室中空气的调节使其能够漂浮在海中。最新研究认为,鹦鹉螺通过弦管的局部渗透作用,慢慢排出壳室内的液体,减轻了身体的重量,从而上浮。然后,周围的压力将海水压回壳室,从而减轻了机体的重量。它会上升和下沉,就像一艘小型潜艇。
蜻蜓幼虫生活在淡水中,它们的直肠形成巨大的鳃室。水通常进入鳃室以提供呼吸所需的氧气。在紧急状态下,直肠壁的肌肉可以加强收缩,从肛门中挤出大量水分,使身体突然向前移动。有的蜻蜓幼虫可用此法前进30厘米,每次喷射前进6.8厘米。在非常危急的情况下,其速度可达50厘米/秒。
水母的身体透明,呈伞状。它的身体由两个胚层组成,即内胚层和外胚层。两层之间有一层厚厚的中胶层,不仅透明,而且具有漂浮的效果。当它们移动时,它们利用身体的喷水反射来向前移动。从远处看,它们就像一把圆伞在水中快速漂浮。当水母成群出现在海上时,它们紧密地生活在一起,形成一个整体,漂浮在海面上,看起来非常壮观。
此外,水中还有一类浮游动物。它们的游泳能力较弱,一般不能逆流移动。它们只能依靠水流、波浪、水循环或水面上的风来移动自己的位置。浮游动物种类组成复杂,从单细胞原生动物到脊索动物,还包括许多水生动物的幼虫,如原生动物、轮虫、枝角类、桡足类、毛颌类、被囊类、腔肠类、浮游软体动物、浮游多毛类和浮游类幼虫等。它们的种类和数量都很大,并且会游泳在各个水域“随波逐流”,这也说明了动物游泳方式的多样性。
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