Как акулы держатся в воде без плавательного пузыря

У акул нет плавательного пузыря, который помогает многим костным рыбам сохранять уровень в воде. Но отсутствие этого органа не означает отсутствие поддержки. Плавучесть акулы связана с составом тела, особенно с крупной печенью, богатой лёгкими маслами. При движении дополнительную подъёмную силу создаёт обтекание тела и плавников водой. Соотношение этих способов различается у разных видов.

Поэтому акула не представляет собой просто тяжёлую рыбу, которую удерживает один хвост. Важно разделять выталкивающую силу, действующую и без движения, и поддержку, возникающую во время плавания. Они могут дополнять друг друга, но работают по разным причинам.

Как печень уменьшает склонность к погружению

Вода выталкивает погружённое тело вверх. Сила этой поддержки зависит от объёма вытесненной воды, а действие тяжести — от массы животного. Если тело в среднем плотнее окружающей воды, одной выталкивающей силы недостаточно для равновесия.

Масла в печени менее плотные, чем вода. Большой объём такого вещества уменьшает среднюю плотность тела и помогает компенсировать более плотные ткани. Печень при этом не превращается в газовый мешок: её содержимое остаётся жидким. Насколько заметен эффект, зависит не только от размера органа, но и от количества и состава содержащихся в нём масел.

При нейтральной плавучести действие тяжести и выталкивающей силы уравновешивается. Это описание равновесия, а не обещание, что любая акула способна неподвижно висеть в любой точке моря. Сохранять направление и положение тела — дополнительные задачи.

Что добавляют тело и плавники

Когда акула плывёт, вода обтекает её тело и плавники. Возникающая подъёмная сила может помогать противостоять погружению. Хвост обеспечивает продвижение, а грудные плавники участвуют в поддержке тела. Такая помощь связана с движением через воду, в отличие от вклада лёгких масел.

Если собственная плавучесть отрицательная, животному требуется компенсировать оставшуюся направленную вниз нагрузку. Но из этого нельзя вывести одинаковую необходимую скорость для всех акул. Устройство тела, плавников и печени различается; одно внешнее сходство не означает одинакового равновесия сил.

Почему глубоководные виды нельзя объединить одним правилом

В исследовании 2019 года сравнили особенности печени нескольких глубоководных акул и вида, выбранного для сопоставления с ними. Важными оказались размер печени относительно тела, содержание масел и их состав. Большинство изученных глубоководных видов получало более заметную поддержку от печени, однако среди них было исключение.

Авторы также обнаружили связь более сильной поддержки печени с меньшей относительной долей красных мышц, участвующих в длительной работе. Они обсуждали это как согласующийся с медленным плаванием результат. Такое сравнение не доказывает, что глубина сама по себе делает любую акулу невесомой или определяет её поведение.

Как влияет давление воды

Газовый пузырь и жидкое масло ведут себя при изменении давления по-разному. В работе 2020 года исследовали свойства печёночных масел глубоководных акул и химер — родственных хрящевых рыб. При изменении давления разница между плотностью масла и морской воды оставалась сравнительно устойчивой. Температура тоже влияла на результат, поэтому полностью неизменной поддержку назвать нельзя.

Расчёт свойств масла для очень высокого давления не означает, что животное действительно встречается на соответствующей глубине. Физическое свойство жидкости и пределы обитания вида требуют разных данных.

Почему имеет значение солёность

Морская вода плотнее пресной. Поэтому при одинаковом объёме погружённого тела она создаёт более сильную выталкивающую поддержку. В исследовании 2015 года расчёты и измерения у двух видов хрящевых рыб, заходящих в пресную воду, показали дополнительные трудности компенсации отрицательной плавучести.

Это не означает, что акула вообще не может жить в пресной воде. Речь о механической нагрузке, которая дополняет другие условия жизни. Для объяснения плавучести нужны вместе состав тела, свойства воды и движение. Одного отсутствия плавательного пузыря недостаточно, чтобы предсказать, как будет держаться конкретная акула.