Как форель использует завихрения за препятствием

Радужная форель может удерживаться за препятствием, подстраивая движения под завихрения воды. Такое поведение исследовали по движениям тела, работе мышц и потреблению кислорода.

Движения совпадают с ритмом потока

В исследовании две тысячи третьего года форель плавала в водном канале возле цилиндров разного диаметра. Учёные сравнивали движения рыб за препятствием, перед ним и в свободном потоке. Цилиндр создавал последовательные вихри.

За цилиндром рыбы принимали особый способ движения для удержания позиции. Изгибы тела и размах боковых движений были больше, чем при плавании без цилиндра с сопоставимой скоростью воды. Частота движений хвоста совпадала с частотой образования вихрей. Поэтому заметное покачивание не обязательно означало беспорядочную потерю устойчивости.

Объяснение включало две составляющие: выбор более медленного потока за препятствием и согласование движений с вихрями. Это разные возможности. Просто спрятаться в участке с меньшей скоростью воды недостаточно, чтобы описать наблюдаемый ритм тела.

Авторы предложили, что рыба получает энергию от внешних завихрений и использует её для удержания позиции. При этом измеренная форма движения не сообщает непосредственно расход кислорода. Также результат нельзя переносить на любое препятствие, любую скорость и всех рыб. Размер цилиндра относительно длины форели влиял на выраженность поведения. Исследование описывало определённые условия канала, а не гарантированно выгодную точку в каждой реке.

Что изменилось в работе мышц

В другой работе того же года движение воды сопоставляли с электрической активностью мышц форели. Учёные использовали количественное наблюдение потока и регистрацию мышечных сигналов. Это позволяло связать внешние вихри с участием мышц, а не судить о работе животного только по изгибам тела.

При особом движении между созданными вихрями активировались передние мышцы туловища. По сравнению с обычным волнообразным плаванием мышечная активность уменьшалась. Рыба использовала сочетание собственного управления и воздействий окружающей воды. Большие видимые колебания тела поэтому не требуют предположения, что все мышцы сокращаются сильнее.

Полезно разделить движение и источник усилия. Предмет может заметно отклоняться под действием воды, хотя сам не создаёт такого воздействия. У живой форели внешние силы также могут участвовать в движении, но этот пример не превращает её в полностью пассивный предмет.

Снижение мышечной активности поддерживало предположение об уменьшении затрат на передвижение. Оно не означало прекращения всей работы организма: дыхание, поддержание положения и другие процессы не исчезают. Сигналы мышц не измеряют общий обмен веществ. Для проверки энергетического преимущества полезно было сопоставить наблюдения с отдельным измерением потребления кислорода.

Экономия зависит от выбранного участка

В две тысячи одиннадцатом году сравнивали потребление кислорода у форели, удерживавшейся в разных участках возле цилиндра. Измерения проводили при нескольких скоростях потока. Сравнивали затраты поведения и проверяли, сохраняется ли преимущество участка при изменении условий.

При одной из скоростей движение среди вихрей требовало меньше кислорода, чем плавание в свободном потоке. Но другое положение возле цилиндра давало ещё меньшие затраты. При более высокой исследованной скорости наименьшее потребление оказалось уже перед препятствием. Поэтому выражение «за камнем всегда легче» не описывает все полученные сравнения.

Исследователи также подтвердили преимущество использования вихрей, выходившее за пределы пользы от простого снижения скорости местного потока. Это поддерживает объяснение, что рыба взаимодействует с движущимися структурами воды, а не только выбирает спокойное укрытие.

Авторы предложили учитывать различия скорости в соседних участках и затраты на стабилизацию. Такое объяснение связывает выбор положения с условиями потока, но не устанавливает единственное правило для всей природы. Результаты относятся к исследованным режимам, а сравнение расхода кислорода не означает его полного отсутствия. На фотографии радужная форель; изображение не показывает измеренные вихри или энергетические затраты.