Rybí ploutev -Fish fin

Paprsčité ploutve na teleostové rybě , Hectorova lucerna
(1) prsní ploutve (párové), (2) pánevní ploutve (párové), (3) hřbetní ploutev ,
(4) tuková ploutev, (5) řitní ploutev, (6) ocasní ( ocasní) ploutev

Ploutve jsou výrazné anatomické rysy složené z kostěných trnů nebo paprsků vyčnívajících z těla ryby . Oni jsou pokryti kůží a spojený spolu jeden v pavučinovém způsobu, jak viděný u většiny kostnatých ryb , nebo podobný ploutvičce , jak viděný u žraloků . Kromě ocasní nebo ocasní ploutve nemají rybí ploutve žádné přímé spojení s páteří a jsou podporovány pouze svaly . Jejich hlavní funkcí je pomáhat rybám plavat .

Ploutve umístěné na různých místech ryby slouží k různým účelům, jako je pohyb vpřed, otáčení, udržení vzpřímené polohy nebo zastavení. Většina ryb používá ploutve při plavání, létající ryby používají ploutve prsní ke klouzání a žabí ryby je používají k plazení. Ploutve lze použít i pro jiné účely; Žraločí samci a komáři používají upravenou ploutev k dodání spermatu, žraloci mlátiči používají svou ocasní ploutev k omráčení kořisti, útesoví kameníci mají ve svých hřbetních ploutvích ostny, kterými vstřikují jed, ďas používá první páteř své hřbetní ploutve jako rybářský prut k nalákání kořisti a triggerfish se vyhýbají predátorům tím, že se vmáčknou do korálových štěrbin a pomocí ostnů ve svých ploutvích se uzamknou na místě.

Druhy ploutví

Pro každý typ ploutve existuje řada druhů ryb, u kterých se tato konkrétní ploutev během evoluce ztratila.

Prsní ploutve Kopie z DSC00282.JPG Párové prsní ploutve jsou umístěny na každé straně, obvykle se drží složené těsně za operculem a jsou homologní s předními končetinami tetrapodů .
  • Zvláštní funkcí prsních ploutví, vysoce vyvinutou u některých ryb, je vytváření dynamické zvedací síly, která pomáhá některým rybám, jako jsou žraloci , udržovat hloubku a také umožňuje „let“ létajícím rybám .
  • U mnoha ryb pomáhají prsní ploutve při chůzi , zvláště u ploutví podobných laloku u některých ďasů au bahnatek .
  • Určité paprsky prsních ploutví mohou být přizpůsobeny do prstovitých projekcí, jako například u červenek a létajících strážců .
    • "Rohy" mant a jejich příbuzných se nazývají hlavové ploutve ; jedná se ve skutečnosti o modifikaci přední části prsní ploutve.
Pánevní ploutve
(Břišní ploutve)
Barb gonio 080526 9681 ltn Pv.jpg Párové pánevní nebo břišní ploutve jsou typicky umístěny ventrálně pod a za prsními ploutvemi, ačkoli v mnoha rodinách ryb mohou být umístěny před prsními ploutvemi (např. tresky). Jsou homologní se zadními končetinami tetrapodů . Pánevní ploutev pomáhá rybě jít nahoru nebo dolů vodou, ostře se otáčet a rychle se zastavit.
  • U gobies jsou pánevní ploutve často srostlé do jediného přísavného disku. Toho lze použít k připevnění k předmětům.
  • Pánevní ploutve mohou zaujímat mnoho pozic podél břišního povrchu ryby. Rodová břišní poloha je vidět (například) u střevle ; hrudní poloha u měsíčníků ; a jugulární poloha, kdy jsou pánve před prsními ploutvemi, jak je vidět u burbota .
Hřbetní ploutev Aileron de requin.jpg
Hřbetní ploutev žraloka
Hřbetní ploutev jelce ( Leuciscus cephalus )

Na zadní straně jsou umístěny hřbetní ploutve . Ryba může mít až tři hřbetní ploutve. Hřbetní ploutve slouží k ochraně ryby před kutálením a pomáhají jí při náhlých obratech a zastaveních.

  • U ďasů je přední část hřbetní ploutve upravena na illicium a esca , což je biologický ekvivalent rybářského prutu a návnady .
  • Kosti, které podporují hřbetní ploutev, se nazývají Pterygiophore . Existují dva až tři z nich: „proximální“, „střední“ a „distální“. U trnových ploutví tvrdých jako skála je distální často srostlá se středem nebo není přítomna vůbec.
Anální/kloakální ploutev Barb gonio 080526 9660 ltn Af.jpg Anální /kloakální ploutev se nachází na ventrálním povrchu za řitním otvorem / kloakou . Tato ploutev se používá ke stabilizaci ryby při plavání.
Tuková ploutev Tuková ploutev 01.jpg
Tuková ploutev pstruha
Tuková ploutev je měkká, masitá ploutev nacházející se na zadní straně za hřbetní ploutví a těsně před ocasní ploutví. V mnoha rodinách ryb chybí, ale nachází se v devíti z 31 euteleostových řádů ( Percopsiformes , Myctophiformes , Aulopiformes , Stomiiformes , Salmoniformes , Osmeriformes , Characiformes , Siluriformes a Argentiniformes ). Slavnými představiteli těchto řádů jsou losos , characid a sumec .

Funkce tukové ploutve je něco jako záhada. Často se odstřihává pro označení ryb chovaných v líhni, i když údaje z roku 2005 ukázaly, že pstruzi s odstraněnou tukovou ploutví mají o 8 % vyšší frekvenci úderů ocasu. Další informace zveřejněné v roce 2011 naznačují, že ploutev může být životně důležitá pro detekci a reakci na podněty, jako je dotyk, zvuk a změny tlaku. Kanadští vědci identifikovali neuronovou síť v ploutvi, což naznačuje, že pravděpodobně má senzorickou funkci, ale stále si nejsou přesně jisti, jaké jsou důsledky jejího odstranění.

Srovnávací studie z roku 2013 ukazuje, že tuková ploutev se může vyvíjet dvěma různými způsoby. Jedním z nich je způsob lososovitého typu, kdy se tuková ploutev vyvíjí ze záhybu larvy ve stejnou dobu a stejným přímým způsobem jako ostatní střední ploutve. Druhým je způsob characiformního typu, kdy se tuková ploutev vyvíjí pozdě poté, co se záhyb larvy zmenšil a ostatní střední ploutve se vyvinuly. Tvrdí, že existence characiformního typu vývoje naznačuje, že tuková ploutev není „jen zbytek záhybu ploutve larvy“ a je v rozporu s názorem, že tuková ploutev postrádá funkci.

Výzkum publikovaný v roce 2014 naznačuje, že tuková ploutev se opakovaně vyvíjela v samostatných liniích .

Ocasní ploutev
(ocasní ploutev)
PletwyRyb.svg

Barb gonio 080525 9610 ltn Cf.jpg
Ocasní ploutev je ocasní ploutev (z latinského cauda znamená ocas), umístěná na konci ocasní stopky a slouží k pohonu. Viz lokomoce tělo-kaudální ploutev .

(A) - Heterocercal znamená, že obratle zasahují do horního laloku ocasu, takže je delší (jako u žraloků ). Je opakem hypocercalu.

  • Hypocercal , také známý jako obrácený heterocercal , znamená, že obratle zasahují do spodního laloku ocasu, takže je delší (jako u Anaspida ). Je opakem heterocerkalu.

(B) - Protocercal znamená, že obratle sahají ke špičce ocasu a ocas je symetrický, ale není rozšířený (jako u prvních ryb a cyklostomů a primitivnější prekurzor u lanceletů )

(C) - Homocerkální , kde se ploutev zdá povrchně symetrická, ale ve skutečnosti se obratle rozprostírají na velmi krátkou vzdálenost do horního laloku ploutve

(D) - Diphycercal znamená, že obratle sahají ke špičce ocasu a ocas je symetrický a rozšířený (jako u bichir , plicník , mihule a coelacanth ). Většina paleozoických ryb měla difycerkální heterocerkální ocas.

Většina moderních ryb ( teleostů ) má homocerkální ocas. Objevují se v různých tvarech a mohou se objevit:

  • zaoblený
  • zkrácený , končící víceméně svislým okrajem (jako je losos)
  • rozeklaný , zakončený dvěma hroty
  • emarginate , končící mírným zakřivením dovnitř.
  • lunate nebo ve tvaru srpek měsíce
Ocasní kýl


Finlets
Diagram Thunnus obesus (tuňák velkooký) oříznut. GIF Některé druhy rychle plavoucích ryb mají vodorovný ocasní kýl těsně před ocasní ploutví. Podobně jako kýl lodi je to postranní hřeben na ocasní stopce, obvykle složený ze scutes (viz níže), který poskytuje stabilitu a podporu ocasní ploutvi. Může existovat jeden párový kýl, jeden na každé straně, nebo dva páry nahoře a dole.

Ploutve jsou malé ploutve, obvykle za hřbetní a anální ploutví (u bichirů jsou pouze ploutve na hřbetní ploše a žádná hřbetní ploutev). U některých ryb, jako je tuňák nebo sauries , jsou bez paprsků, nelze je zatáhnout a nacházejí se mezi poslední hřbetní a/nebo řitní ploutví a ocasní ploutví.

Kostnaté ryby

Kostnaté ryby tvoří taxonomickou skupinu nazývanou Osteichthyes. Mají kostru vyrobenou z kostí a lze je porovnat s chrupavčitými rybami , které mají kostru vyrobenou z chrupavky . Kostnaté ryby se dělí na paprskoploutvé a laločnaté . Většina ryb jsou paprskoploutví, extrémně rozmanitá a hojná skupina sestávající z více než 30 000 druhů. Je to největší třída obratlovců, která dnes existuje. V dávné minulosti se hojně vyskytovaly lalokoploutvé ryby. V současné době jsou převážně vyhynulé, žije zde pouze osm druhů. Kostnaté ryby mají ostny a paprsky zvané lepidotrichia. Obvykle mají plavecké měchýře , které umožňují rybám vytvořit neutrální rovnováhu mezi potápěním a plovoucím pohybem, aniž by musely používat ploutve. U mnoha ryb však plavecké měchýře chybí, zejména u Lungfishes , které si jako jediné ryby zachovaly primitivní plíce přítomné u společného předka kostnatých ryb, z nichž se vyvinuly plovací měchýře. Kostnaté ryby mají také operculum , které jim pomáhá dýchat, aniž by musely plavat pomocí ploutví.

Laločnaté ploutve

Laločnaté ryby , jako tento coelacanth , mají ploutve, které jsou neseny na masité, laločnaté, šupinaté stopce vyčnívající z těla. Vzhledem k vysokému počtu ploutví, které má, má coelacanth vysokou manévrovací schopnost a dokáže orientovat svá těla téměř jakýmkoli směrem ve vodě.

Laločnaté ryby tvoří třídu kostnatých ryb nazývaných Sarcopterygii. Mají masité, laločnaté , párové ploutve, které jsou spojeny s tělem jedinou kostí. Ploutve laločnatých ryb se liší od ploutví všech ostatních ryb tím, že každá je nesena na masité, laločnaté, šupinaté stopce vyčnívající z těla. Prsní a pánevní ploutve mají klouby připomínající klouby končetin tetrapodů. Tyto ploutve se vyvinuly do nohou prvních tetrapodů suchozemských obratlovců, obojživelníků . Mají také dvě hřbetní ploutve s oddělenými základy, na rozdíl od jediné hřbetní ploutve paprskoploutvých ryb .

Coelacanth je lalokoploutvá ryba, která je stále existující. Předpokládá se, že se vyvinul do zhruba současné podoby asi před 408 miliony let, během raného devonu. Pohyb coelacanthů je pro jejich druh jedinečný. Aby se coelacanthové mohli pohybovat, nejčastěji využívají vzestupu nebo sestupu proudu a driftu. Používají své párové ploutve ke stabilizaci pohybu ve vodě. Zatímco na dně oceánu se jejich párové ploutve nepoužívají k žádnému pohybu. Coelacanths mohou vytvořit tah pro rychlé starty pomocí jejich ocasních ploutví. Vzhledem k vysokému počtu ploutví, které mají, mají coelacanths vysokou manévrovatelnost a mohou orientovat svá těla téměř jakýmkoli směrem ve vodě. Byli viděni, jak dělají stojky na hlavě a plavou s břichem. Předpokládá se, že jejich rostrální orgán pomáhá coelacanthům poskytovat elektrovnímání, což jim pomáhá při pohybu kolem překážek.

Lungfish jsou také živé lalokoploutvé ryby. Vyskytují se v Africe ( Protopterus ), Austrálii ( Neoceratodus ) a Jižní Americe ( Lepidosiren ).

Rozmanitost ploutví u lalokoploutvých ryb

Ray-ploutve

Treska jednoskvrná , druh tresky , je paprskoploutvý. Má tři hřbetní a dvě anální ploutve

Rejnoploutví tvoří třídu kostnatých ryb nazývanou Actinopterygii. Jejich ploutve obsahují ostny nebo paprsky. Ploutev může obsahovat pouze ostnaté paprsky, pouze měkké paprsky nebo kombinaci obou. Pokud jsou přítomny oba, jsou ostnaté paprsky vždy přední . Hřbety jsou obecně tuhé a ostré. Paprsky jsou obecně měkké, flexibilní, segmentované a mohou být rozvětvené. Tato segmentace paprsků je hlavním rozdílem, který je odděluje od trnů; trny mohou být u určitých druhů pružné, ale nikdy nebudou segmentované.

Hřbety mají různé využití. U sumců se používají jako forma obrany; mnoho sumců má schopnost uzamknout své páteře směrem ven. Triggerfish také používá ostny k uzamčení ve štěrbinách, aby se zabránilo jejich vytažení.

Lepidotrichia se obvykle skládají z kosti , ale v raných osteichthyanech , jako je Cheirolepis , byl také dentin a sklovina . Jsou segmentované a vypadají jako řada disků naskládaných jeden na druhém. Mohou být odvozeny z dermálních šupin. Předpokládá se, že genetickým základem pro tvorbu ploutvových paprsků jsou geny kódované pro produkci určitých proteinů. Bylo navrženo, že evoluce končetiny tetrapoda z lalokoploutvých ryb souvisí se ztrátou těchto proteinů.

Rozmanitost ploutví u paprskoploutvých ryb

Chrupavčité ryby

Chrupavčité ryby , jako je tento žralok, mají ploutve, které jsou protáhlé a podepřené měkkými a nesegmentovanými paprsky nazývanými ceratotrichia, vlákna elastického proteinu připomínající nadržený keratin ve vlasech a peří.

Chrupavčité ryby tvoří třídu ryb nazývanou Chondrichthyes. Oni mají kostru vyrobenou z chrupavky spíše než kosti . Třída zahrnuje žraloky , rejnoky a chiméry . Kostry žraločích ploutví jsou protáhlé a podepřené měkkými a nesegmentovanými paprsky nazývanými ceratotrichia, vlákny elastického proteinu připomínající nadržený keratin ve vlasech a peří. Původně se prsní a pánevní pletence, které neobsahují žádné dermální prvky, nespojily. V pozdějších formách se každý pár ploutví stal ventrálně spojený uprostřed, když se vyvinul skapulocorakoidní a puboischiadický pruh. U paprsků jsou prsní ploutve spojené s hlavou a jsou velmi pružné. Jednou z primárních charakteristik přítomných u většiny žraloků je heterocerkální ocas, který pomáhá při pohybu. Většina žraloků má osm ploutví. Žraloci se mohou vzdálit pouze od předmětů přímo před nimi, protože jejich ploutve jim neumožňují pohyb ve směru ocasu jako první.

Stejně jako u většiny ryb poskytují ocasy žraloků tah, takže rychlost a zrychlení závisí na tvaru ocasu. Tvary ocasní ploutve se mezi jednotlivými druhy žraloků značně liší v důsledku jejich evoluce v oddělených prostředích. Žraloci mají heterocerkální ocasní ploutev, ve které je hřbetní část obvykle znatelně větší než ventrální část. Je to proto, že páteř žraloka zasahuje do této hřbetní části a poskytuje větší plochu pro připojení svalů . To umožňuje efektivnější pohyb mezi těmito negativně vznášejícími se chrupavčitými rybami. Naproti tomu většina kostnatých ryb má homocerkální ocasní ploutev.

Žraloci tygří mají velký horní lalok , který umožňuje pomalé křižování a náhlé výbuchy rychlosti. Žralok tygří se musí při lovu snadno otáčet a otáčet ve vodě, aby podpořil svou pestrou stravu, zatímco žralok sleďový , který loví hejnové ryby, jako je makrela a sledě , má velký spodní lalok, který mu pomáhá držet krok s rychlým - plavání kořist. Jiné úpravy ocasu pomáhají žralokům chytit kořist přímočařeji, jako je například použití silného protáhlého horního laloku žraloka mlátička k omráčení ryb a olihní.

Odstraňování žraločích ploutví

Žraločí ploutev

Podle Humane Society International je každý rok zabito přibližně 100 milionů žraloků kvůli ploutvím, což je akt známý jako odstraňování žraločích ploutví . Po odříznutí ploutví jsou zohavení žraloci hozeni zpět do vody a ponecháni zemřít.

V některých zemích Asie jsou žraločí ploutve kulinářskou pochoutkou, jako je polévka ze žraločích ploutví . Spotřebu a dostupnost polévky ze žraločích ploutví po celém světě v současnosti ovlivnily mezinárodní obavy ohledně udržitelnosti a dobrých životních podmínek žraloků. Odstraňování žraločích ploutví je v mnoha zemích zakázáno.

Funkce Fin

Generování tahu

Fóliově tvarované ploutve generují při pohybu tah , zdvih ploutve uvádí vodu nebo vzduch do pohybu a tlačí ploutev v opačném směru. Vodní živočichové dostávají významný tah pohybem ploutví tam a zpět ve vodě. Často se používá ocasní ploutev , ale někteří vodní živočichové vytvářejí tah z prsních ploutví .

Pohyblivé ploutve mohou zajistit tah
Ryby dostávají tah pohybujícími se svislými ocasními ploutvemi ze strany na stranu
Rejnoci dostávají tah z velkých prsních ploutví
Kresba Dr Tony Ayling
Finlets může ovlivnit způsob, jakým se kolem ocasní ploutve vytvoří vír .

Ke kavitaci dochází, když podtlak způsobí, že se v kapalině vytvoří bubliny (dutiny), které se pak rychle a prudce zhroutí. Může způsobit značné poškození a opotřebení. Kavitační poškození může nastat na ocasních ploutvích silných plaveckých mořských živočichů, jako jsou delfíni a tuňáci. Kavitace se pravděpodobněji vyskytuje v blízkosti povrchu oceánu, kde je okolní tlak vody relativně nízký. I když mají schopnost plavat rychleji, delfíni možná budou muset omezit rychlost, protože kolabující kavitační bubliny na jejich ocase jsou příliš bolestivé. Kavitace také zpomaluje tuňáka, ale z jiného důvodu. Na rozdíl od delfínů tyto ryby bublinky necítí, protože mají kostnaté ploutve bez nervových zakončení. Přesto nemohou plavat rychleji, protože kavitační bubliny vytvářejí kolem jejich ploutví parní film, který omezuje jejich rychlost. U tuňáků byly nalezeny léze, které jsou v souladu s kavitačním poškozením.

Scombridní ryby (tuňák, makrela a bonito) jsou zvláště vysoce výkonní plavci. Podél okraje na zadní straně jejich těl je řada malých ploutví bez paprsků, které nelze zatáhnout, známé jako ploutve . O funkci těchto ploutví se hodně spekulovalo. Výzkum provedený v letech 2000 a 2001 Nauenem a Lauderem ukázal, že „ploutve mají hydrodynamický účinek na místní proudění během stálého plavání“ a že „nejzadnější ploutve jsou orientovány tak, aby přesměrovaly proudění do vyvíjejícího se ocasního víru, což může zvýšit tah produkovaný ocas plavání makrely“.

Ryby používají více ploutví, takže je možné, že daná ploutev může mít hydrodynamickou interakci s jinou ploutví. Zejména ploutve bezprostředně před ocasní (ocasní) ploutví mohou být blízké ploutve, které mohou přímo ovlivňovat dynamiku proudění u ocasní ploutve. V roce 2011 byli vědci pomocí volumetrických zobrazovacích technik schopni vytvořit „první okamžité trojrozměrné pohledy na struktury brázdy, jak je vytvářejí volně plavající ryby“. Zjistili, že „nepřetržité údery ocasu vedly k vytvoření spojeného řetězce vírových prstenců“ a že „brázdy hřbetní a anální ploutve jsou rychle strhávány brázdou ocasní ploutve, přibližně v časovém rámci následného úderu ocasu“.

Ovládání pohybu

Jakmile je pohyb zaveden, může být samotný pohyb řízen pomocí jiných ploutví.

K ovládání pohybu se používají speciální ploutve
Stejně jako lodě a letadla, i ryby potřebují určitou kontrolu nad šesti stupni volnosti , třemi translačními (naklápění, kývání a kývání) a třemi rotačními (naklánění, zatáčení a převalování).
Mnoho útesových ryb má prsní a pánevní ploutve optimalizované pro zploštělá těla
Hřbetní ploutev bílého žraloka obsahuje dermální vlákna, která fungují „jako výstroj, která stabilizuje lodní stěžeň“, a dynamicky tuhnou, když žralok plave rychleji, aby kontroloval naklánění a zatáčení.

Těla útesových ryb jsou často tvarována odlišně od ryb na volné vodě . Ryby na otevřené vodě jsou obvykle stavěny pro rychlost, aerodynamické jako torpéda, aby se minimalizovalo tření, když se pohybují vodou. Útesové ryby operují v relativně stísněných prostorech a složité podvodní krajině korálových útesů . Pro tuto manévrovatelnost je důležitější než rychlost přímky, takže ryby z korálových útesů mají vyvinutá těla, která optimalizují jejich schopnost střílet a měnit směr. Přelstí dravce tím, že uhýbají do trhlin v útesu nebo si hrají na schovávanou kolem korálových hlav. Prsní a pánevní ploutve mnoha útesových ryb, jako jsou motýli , damselfish a skaláry , se vyvinuly, takže mohou fungovat jako brzdy a umožňují složité manévry. Mnoho útesových ryb, jako jsou motýli , damselfish a skaláry , mají vyvinutá těla, která jsou hluboká a laterálně stlačená jako palačinka a vejdou se do trhlin ve skalách. Jejich pánevní a prsní ploutve se vyvinuly odlišně, takže působí společně se zploštělým tělem, aby optimalizovaly ovladatelnost. Některé ryby , jako jsou pýchavky , pilčíky a trunkfish , se při plavání spoléhají na prsní ploutve a ocasní ploutve téměř nepoužívají.

Reprodukce

Tento samec komárů má gonopodium, anální ploutev, která funguje jako intromitentní orgán
Tento mladý samec žraloka přadlenu má sponky, modifikaci pánevních ploutví, které také fungují jako intromitentní orgány

Samci chrupavčitých ryb (žraloci a rejnoci), stejně jako samci některých živorodých paprskoploutvých ryb , mají ploutve, které byly upraveny tak, aby fungovaly jako intromitentní orgány , reprodukční přívěsky, které umožňují vnitřní oplodnění . U paprskoploutvých se jim říká gonopodia nebo andropodia , u chrupavčitých ryb se jim říká klepeta .

Gonopodia se nacházejí na samcích některých druhů čeledí Anablepidae a Poeciliidae . Jsou to anální ploutve, které byly upraveny tak, aby fungovaly jako pohyblivé intromitentní orgány a používají se k impregnaci samic mlékem během páření. Třetí, čtvrtý a pátý paprsek samčí řitní ploutve jsou formovány do trubicovité struktury, ve které jsou vymrštěny rybí spermie. Když je připraven k páření, gonopodium se vzpřímí a směřuje dopředu k samici. Samec zakrátko vloží orgán do pohlavního otvoru samice pomocí háčkovitých úprav, které rybě umožňují uchopit samici a zajistit tak impregnaci. Pokud samice zůstane nehybná a její partner kontaktuje její průduch svým gonopodiem, dojde k oplodnění. Spermie jsou zachovány ve vejcovodu samice. To umožňuje samicím kdykoli se oplodnit bez další pomoci samců. U některých druhů může mít gonopodium polovinu celkové délky těla. Občas je ploutev příliš dlouhá na to, aby se dala použít, jako u „lyretailových“ plemen Xiphophorus helleri . U žen léčených hormony se mohou vyvinout gonopodie. Ty jsou pro chov nepoužitelné.

Podobné orgány s podobnými vlastnostmi se nacházejí i u jiných ryb, například andropodium u Hemirhamphodon nebo u Goodeidae nebo gonopodium ve středním triasu Saurichthys , nejstarší známý příklad viviparity u paprskoploutvých ryb.

Claspers se nacházejí na samcích chrupavčitých ryb . Jsou zadní částí pánevních ploutví, které byly také upraveny tak, aby fungovaly jako intromitentní orgány, a používají se k usměrňování semene do samičí kloaky během kopulace. Věc páření u žraloků obvykle zahrnuje zvednutí jedné z kleští, aby se voda dostala do sifonu přes specifický otvor . Spona se pak vloží do kloaky, kde se otevře jako deštník a ukotví svou polohu. Sifon se poté začne stahovat a vytlačuje vodu a spermie.

Další funkce

Mezi další využití ploutví patří chůze a hřadování na mořském dně, klouzání po vodě, chlazení tělesné teploty, omračování kořisti, předvádění (plašení predátorů, námluvy), obrana (jedovaté ostny ploutví, uzamčení mezi korály), lákání kořisti, a připojovací struktury.

Plachetník indicko-pacifický má výraznou hřbetní ploutev. Jako scombroids a další billfish , oni zefektivní sebe tím, že zatáhne jejich hřbetní ploutve do rýhy v jejich těle když plavou. Obrovská hřbetní ploutev neboli plachta plachetníka je většinu času zatažena. Plachetníci je chovají, pokud chtějí nahnat hejno malých ryb a také po obdobích vysoké aktivity, pravděpodobně proto, aby se ochladili.

Další použití ploutví
Frogfish používají své prsní a pánevní ploutve k procházce po dně oceánu
Létající ryby dosahují dostatečného vztlaku, aby mohly klouzat nad hladinou vody díky zvětšeným prsním ploutvím
Velká zatahovací hřbetní ploutev plachetníka Indo-pacifického , možná použitelná pro chlazení ( termoregulace )
Žralok mlátička používá svou velmi prodlouženou ocasní ploutev k omráčení kořisti
Druh stativových ryb Bathypterois má prodloužené prsní a pánevní ploutve a prodlouženou ocasní ploutev, která jim umožňuje pohybovat se a sedět na dně oceánu.

Orientální létající strážce má velké prsní ploutve, které si normálně přidržuje u těla, a roztahuje se, když hrozí, že vyděsí predátory. Navzdory svému jménu je to ryba žijící při dně , ne létající ryba, a používá své pánevní ploutve k procházkám po dně oceánu.

Ploutve mohou mít adaptivní význam jako sexuální ozdoby. Během námluv se samice cichlidy , Pelvicachromis taeniatus , projevuje velkou a vizuálně poutavou fialovou pánevní ploutví . "Výzkumníci zjistili, že samci jednoznačně preferují samice s větší pánevní ploutví a že pánevní ploutve rostly nepřiměřenějším způsobem než jiné ploutve na samicích ryb."

Další použití ploutví
Orientální létající strážník má velké prsní ploutve s očními skvrnami , které zobrazuje, aby vyděsil dravce
Během námluv ukazuje samice cichlidy Pelvicachromis taeniatus svou vizuálně zadržující fialovou pánevní ploutev
Triggerfish se vmáčkne do korálových štěrbin, aby se vyhnul predátorům, a uzamknou se na místě první páteří své hřbetní ploutve
První hřbet hřbetní ploutve ďasa je upraven tak, že funguje jako rybářský prut s návnadou k přilákání kořisti
Remoras mají upravené první hřbetní ploutve, které mají podobu oválného přísavkového orgánu, kterým se připojují k jiným mořským organismům.
Perutýni mají na hřbetní, pánevní a řitní ploutvi jedovaté trny (ploutvové paprsky), které využívají k obraně .

Vývoj

Evoluce párových ploutví

Existují dvě převládající hypotézy, které byly historicky diskutovány jako modely pro evoluci párových ploutví u ryb: teorie žaberního oblouku a teorie laterálního záhybu ploutví. První z nich, běžně označovaná jako „ Gegenbaurova hypotéza “, byla předložena v roce 1870 a navrhuje, aby „párové ploutve byly odvozeny z žaberních struktur“. To ztratilo popularitu ve prospěch teorie laterálních ploutví, poprvé navržené v roce 1877, která navrhuje, aby párové ploutve vyrůstaly z podélných bočních záhybů podél epidermis těsně za žábrami. Obě hypotézy mají slabou podporu ve fosilních záznamech a v embryologii. Nedávné poznatky z vývojového vzorování však podnítily přehodnocení obou teorií, aby bylo možné lépe objasnit původ párových ploutví.

Klasické teorie

Koncept „Archipterygium“ Karla Gegenbaura byl představen v roce 1876. Bylo popsáno jako žaberní paprsek nebo „spojený chrupavčitý stonek“, který vyčníval z žaberního oblouku. Další paprsky vycházely podél oblouku a z centrálního žaberního paprsku. Gegenbaur navrhl model transformativní homologie – že všechny párové ploutve a končetiny obratlovců byly transformacemi Archipterygia. Na základě této teorie by se párové přívěsky, jako jsou prsní a pánevní ploutve, odlišily od větevních oblouků a migrovaly dozadu. Pro tuto hypotézu však existuje omezená podpora ve fosilních záznamech jak morfologicky, tak fylogeneticky. Kromě toho bylo málo nebo žádné důkazy o předozadní migraci pánevních ploutví. Takové nedostatky teorie gill-arch vedly k jejímu brzkému zániku ve prospěch laterální ploutvové teorie, kterou navrhli St. George Jackson Mivart , Francis Balfour a James Kingsley Thacher .

Teorie laterálního záhybu ploutví předpokládala, že párové ploutve se vyvinuly z bočních záhybů podél stěny těla ryby. Stejně jako segmentace a pučení střední ploutve dalo vzniknout středním ploutvím, bylo navrženo, že podobný mechanismus segmentace pupenů ploutve a prodlužování z postranního záhybu ploutve dal vzniknout párovým prsním a pánevním ploutvím. Ve fosilních záznamech však bylo jen málo důkazů o laterálním přechodu vrásek do ploutví. Navíc bylo později fylogeneticky prokázáno, že prsní a pánevní ploutve pocházejí z odlišných evolučních a mechanistických původů.

Evoluční vývojová biologie

Nedávné studie ontogeneze a evoluce párových přívěsků srovnávaly obratlovce bez ploutví – jako jsou mihule – s chondricthyes , nejzákladnějším žijícím obratlovcem s párovými ploutvemi. V roce 2006 vědci zjistili, že stejné genetické programování, které se podílí na segmentaci a vývoji středních ploutví, bylo nalezeno ve vývoji párových přívěsků u žraloků . Ačkoli tato zjištění přímo nepodporují hypotézu laterálního ohybu ploutví, původní koncept sdíleného středního párového evolučního vývojového mechanismu zůstává relevantní.

Podobnou renovaci staré teorie lze nalézt ve vývojovém programování chondricthyanských žaberních oblouků a párových přívěsků. V roce 2009 vědci z University of Chicago prokázali, že v raném vývoji chondricthyanského žaberního oblouku a párových ploutví existují sdílené mechanismy molekulárního vzorování. Nálezy, jako jsou tyto, podnítily přehodnocení kdysi vyvrácené teorie žaberního oblouku.

Od ploutví po končetiny

Ryby jsou předky všech savců, plazů, ptáků a obojživelníků. Zejména suchozemští tetrapodi (čtyřnohá zvířata) se vyvinuli z ryb a své první výpady na pevninu podnikli před 400 miliony let. K lokomoci používali párové prsní a pánevní ploutve. Z prsních ploutví se vyvinuly přední nohy (u lidí paže) a z pánevních ploutví se vyvinuly zadní nohy. Velká část genetického aparátu, který staví kráčející končetinu v tetrapodu, je již přítomna v plavecké ploutvi ryby.

Aristoteles rozpoznal rozdíl mezi analogickými a homologními strukturami a provedl následující prorocké srovnání: „Ptáci se svým způsobem podobají rybám. Protože ptáci mají křídla v horní části těla a ryby mají v přední části těla dvě ploutve. Ptáci mají nohy na spodní části a většina ryb má druhý pár ploutví ve spodní části a poblíž předních ploutví."

– Aristoteles, De incessu animalium

Srovnání mezi A) plavou ploutví lalokoploutvých ryb a B) kráčející nohou tetrapoda . Kosti považované za vzájemně korespondující mají stejnou barvu.
V paralelním, ale nezávislém vývoji, starověký plaz Ichthyosaurus communis vyvinul ploutve (nebo ploutve) velmi podobné rybám (nebo delfínům)

V roce 2011 vědci z Monash University v Austrálii použili primitivní, ale stále žijící plíce "ke sledování vývoje svalů pánevní ploutve, aby zjistili, jak se vyvíjely nosné zadní končetiny tetrapodů." Další výzkum na univerzitě v Chicagu zjistil, že u pluňáků kráčejících po dně se již vyvinuly charakteristiky chůze suchozemských tetrapodů.

V klasickém příkladu konvergentní evoluce se prsní končetiny pterosaurů , ptáků a netopýrů dále vyvinuly podél nezávislých cest do létajících křídel. Dokonce i s létajícími křídly existuje mnoho podobností s kráčejícími nohami a základní aspekty genetického plánu prsní ploutve byly zachovány.

První savci se objevili v období permu (před 298,9 až 252,17 miliony let). Několik skupin těchto savců se začalo vracet do moře, včetně kytovců (velryby, delfíni a sviňuchy). Nedávná analýza DNA naznačuje, že kytovci se vyvinuli ze sudokopytníků a že sdílejí společného předka s hrochem . Asi před 23 miliony let se do moře začala vracet jiná skupina medvědovitých suchozemských savců. To byly tuleně . To, co se stalo kráčejícími končetinami u kytovců a tuleňů, se nezávisle vyvinulo v nové formy plaveckých ploutví. Z předních končetin se staly ploutve , zatímco zadní končetiny byly buď ztraceny (kytovci), nebo také upraveny na ploutvonožce (ploutvonožci). U kytovců získal ocas na konci dvě ploutve, které se nazývají motolice . Rybí ocasy jsou obvykle svislé a pohybují se ze strany na stranu. Motolice kytovců jsou vodorovné a pohybují se nahoru a dolů, protože trny kytovců se ohýbají stejným způsobem jako u jiných savců.

Podobné úpravy pro plně vodní životní styl se nacházejí jak u delfínů, tak u ichtyosaurů

Ichtyosauři jsou starověcí plazi, kteří připomínali delfíny. Poprvé se objevily asi před 245 miliony let a zmizely asi před 90 miliony let.

"Tento mořský plaz s pozemskými předky konvergoval k rybám tak silně, že si ve skutečnosti vyvinul hřbetní ploutev a ocasní ploutev pro zlepšení vodního pohybu. Tyto struktury jsou o to pozoruhodnější, že se vyvinuly z ničeho - původní suchozemský plaz neměl žádný hrb. jeho hřbet nebo čepel na ocasu, aby sloužil jako předchůdce."

Biolog Stephen Jay Gould řekl, že ichtyosaur byl jeho oblíbeným příkladem konvergentní evoluce .

Ploutve nebo ploutve různých forem a na různých místech (končetiny, tělo, ocas) se také vyvinuly v řadě dalších skupin tetrapodů, včetně potápěčských ptáků, jako jsou tučňáci (upravení z křídel), mořské želvy (přední končetiny upravené na ploutve), mosasauři (končetiny upravené do ploutví) a mořští hadi (vertikálně rozšířená, zploštělá ocasní ploutev).

Robotické ploutve

V 90. letech CIA postavila robotického sumce jménem Charlie , který byl navržen tak, aby shromažďoval nezjištěné podvodní informace .
Externí video
ikona videa Sumec Charlie - video CIA
ikona videa AquaPenguinFesto, YouTube
ikona videa AquaRayFesto, YouTube
ikona videa AquaJellyFesto, YouTube
ikona videa AiraCudaFesto, YouTube

Použití ploutví pro pohon vodních živočichů může být pozoruhodně efektivní. Bylo spočítáno, že některé ryby mohou dosáhnout hnací účinnosti vyšší než 90 %. Ryby dokážou zrychlit a manévrovat mnohem efektivněji než čluny nebo ponorky a produkovat méně rušení vody a hluku. To vedlo k biomimetickým studiím podvodních robotů, které se pokoušejí napodobit pohyb vodních živočichů. Příkladem je Robot Tuna postavený Institutem Field Robotics , který slouží k analýze a matematickému modelování thunniformního pohybu . V roce 2005 Sea Life London Aquarium vystavilo tři robotické ryby vytvořené katedrou informatiky na University of Essex . Ryby byly navrženy tak, aby byly autonomní, plavaly a vyhýbaly se překážkám jako skutečné ryby. Jejich tvůrce tvrdil, že se snažil spojit „rychlost tuňáka, zrychlení štiky a navigační schopnosti úhoře“.

AquaPenguin , vyvinutý společností Festo z Německa, kopíruje aerodynamický tvar a pohon předními ploutvemi tučňáků . Festo také vyvinulo AquaRay , AquaJelly a AiraCuda , které napodobují pohyb mant, medúz a barakud.

V roce 2004 Hugh Herr z MIT prototypoval biomechatronickou robotickou rybu s živým pohonem tak, že chirurgicky transplantoval svaly z žabích stehýnek do robota a poté nechal robota plavat pulzováním svalových vláken elektřinou.

Robotické ryby nabízejí některé výhody výzkumu, jako je schopnost zkoumat jednotlivé části rybího designu izolovaně od zbytku ryb. To však riskuje přílišné zjednodušení biologie, takže klíčové aspekty designu zvířat jsou přehlíženy. Robotické ryby také umožňují výzkumníkům měnit jeden parametr, jako je flexibilita nebo specifické ovládání pohybu. Výzkumníci mohou přímo měřit síly, což u živých ryb není snadné. "Robotická zařízení také usnadňují trojrozměrné kinematické studie a korelované hydrodynamické analýzy, protože umístění lokomočního povrchu lze přesně znát. A lze naprogramovat jednotlivé složky přirozeného pohybu (jako je úder vs. úder mávajícího přívěsku). odděleně, čehož je při práci s živým zvířetem jistě těžko dosažitelné.“

Viz také

Reference

Citace

Bibliografie

Další čtení

externí odkazy