Luonto on koti olennoille, jotka kykenevät poikkeuksellisiin tekoihin, joista monet liittyvät niiden kykyyn kellua. Jotkut eläimet hallitsevat vesi- tai ilmaympäristönsä monimutkaisten fysiologisten mekanismien ansiosta. Sisäisistä rakenteista, kuten uimarakosta, aina sopeutumisiin, kuten epätavallisiin hengityselimiin tai ultrakevyeen ihoon, jokainen laji kehittää loistavia ratkaisuja samaan tarkoitukseen: pysyä pinnalla hallitusti.
Tässä artikkelissa sukellamme kiehtovaan maailmaan, jossa eläimillä on hämmästyttävä kelluntakyky. Tutkimme kaikkea veden päällä kävelevistä kaloista ilmaa hengittäviin ja merenpinnan alla lentäviin kaloihin. Tutkimme myös tieteellisiä periaatteita, jotka mahdollistavat nämä uskomattomat kyvyt, ja sitä, miten niitä sovelletaan esimerkiksi tekniikan ja ilmailun aloilla.
Eläinten kellutuksen taustalla oleva tiede: fysikaaliset ja biologiset periaatteet
Ymmärrys siitä, miksi eläin kelluu tai ei kellu, riippuu kolmesta keskeisestä tekijästä: tiheydestä, tilavuudesta ja uppoumasta. Nämä periaatteet, joita kuvaa kuuluisa Arkhimedeen periaate, määrittää, kohdistuuko kappaleeseen ylöspäin suuntautuva voima (kelluva voima), joka on suurempi kuin sen oma paino.
Kun kappale joutuu nesteeseen (veteen tai ilmaan), syrjäyttää nestettä tilavuuttaan vastaavan määrän. Jos syrjäytetyn nesteen paino on suurempi kuin kappaleen paino, se kelluu. Jos se on pienempi, se uppoaa. Tämä periaate pätee paitsi veteen myös ilmaan, kuten kuumailmapallojen tai ilmalaivojen tapauksessa.
Meri- tai vesieläinten tapauksessa monet fysiologiset sopeutumat vaikuttavat tähän kelluvaan voimaan. Joillakin lajeilla on uimarakoksi kutsuttuja rakenteita, toiset taas säätelevät kehon tiheyttään rasvan tai loukkuun jääneen ilman avulla. Merinisäkkäillä, kuten valailla, on rasvakerroksia, jotka auttavat niitä säästämään energiaa ja pysyä pinnalla.
Kalat ja kellunta: uimarakko on ylivertainen
Useimmat luukalat säätelevät kelluvuuttaan erikoistuneen elimen, uimarakon, avulla. Tämä kaasulla täytetty elin antaa eläimelle mahdollisuuden hallita syvyyttään ilman, että hänen tarvitsee aktiivisesti uida, mikä on ratkaisevan tärkeää ympäristöissä, joissa energiankulutuksen on oltava minimaalinen selvitä hengissä.
Joitakin merkittäviä esimerkkejä uimarakolla varustetuista kaloista ovat kirjolohi, pallokala ja tonnikala. Jokainen niistä osoittaa erilaista kehitystä tässä rakenteessa, minkä ansiosta ne voivat asuttaa kaikkea makean veden joista syvänmeren syvimpiin osiin.
Esimerkiksi pallokala on muuttanut uimarakkoaan laajenemaan uhattuna, mikä lisää sen määrää ja vähentää nielemisen mahdollisuutta. Tällä silmiinpistävällä sopeutumisella ei ole vain puolustava tarkoitus, vaan myös parantaa sen kelluvuutta hetkellinen.
Toinen kiehtova laji on turska, joka pystyy säätelemään virtsarakkonsa painetta pysyäkseen kelluvana kylmissä ja syvissä vesissä. Tämän tyyppinen aktiivinen ohjaus osoittaa, kuinka luonto on hionut täydellisyyteen "luonnollisten sukellusveneiden" järjestelmän.
Hengittäminen vedestä: kalat hybridimenetelmillä
Jotkut kalat menevät pidemmälle ja ovat kehittäneet kyvyn hengittää ilmakehän happea. Tämä kyky ei ainoastaan salli niiden asua vuorovesialueilla tai jokisuistoissa, mutta antaa niille myös paremman kyvyn selviytyä vähähappisissa vesiympäristöissä.
Liejulintu (Periophthalmus spp.) on erinomainen esimerkki: se hengittää ihonsa kautta niin kauan kuin se pysyy kosteana. Tämä antaa sinulle mahdollisuuden pysyä poissa vedestä päiviäSe käyttää myös eviään "kävelläkseen" mudassa.
Toinen hämmästyttävä tapaus on eurooppalainen ankerias, joka pystyy hengittämään sekä ihonsa että kidustensa kautta. Tämä mukautus mahdollistaa sinun vaeltaa maitse vesistöjen välillä
Keuhkokalat (dipnoanit) ovat kenties äärimmäisimpiä. Niillä on keuhkomainen rakenne, joka ei ole peräisin uimarakosta, kuten aiemmin on ajateltu, vaan nielun sisääntulon seurauksena. Nämä kalat voi hengittää kokonaan ilman vettä y selviytyä kuivuuden aikana hautaamalla itsensä mutaan.
Erikoiselimet: labyrintti-elin ja konvergentti evoluutio
Jotkut kalat ovat kehittäneet labyrintti-nimisen elimen, jonka avulla ne voivat hengittää happea suoraan ilmasta. Mielenkiintoinen asia on se Tämä elin on esiintynyt itsenäisesti eri sukulinjoissa, selkeä tapaus konvergentista evoluutiosta.
Tunnettuja esimerkkejä ovat taistelija Siam (Betta splendens) ja kiipeilyahven (Anabas testudineus). Nämä kalat voivat selviytyä hapettomissa vesissä ja hyötyä kuivuudesta.
Näillä kaloilla labyrinttinen elin on niin tehokas, että niiden kidukset ovat joillakin lajeilla surkastuneessa tilassa. Niiden täytyy tulla pintaan säännöllisesti tai ne voivat tukehtua.
Tämä kyky vaihtaa eri hengitystilojen välillä on ollut avainasemassa näiden lajien leviämisessä vihamielisissä ympäristöissä..
Veden päällä kävelevät olennot: tasapainon mestarit
Luonto näyttää meille myös tapauksia, joissa eläimet eivät kellu vedessä, vaan liikkuvat sen pinnalla rikkomatta sitä. Tämä tapahtuu veden pintajännityksen ja yllättävien anatomisten mukautumien ansiosta.
Näihin eläimiin kuuluvat:
- Kenkänokka (Gerris lacustris): hyönteiset, jotka käyttävät hydrofobisia jalkojaan painonsa tukemiseen rikkomatta vettä.
- Hämähäkit (Dolomedes fimbriatus): Ne voivat juosta veden päällä ja jopa sukeltaa.
- Basilisk-liskot: kutsutaan myös "Jeesus Kristus -liskoiksi", koska ne pystyvät kävelemään veden päällä juosten nopeasti.
- Jacanat: linnut, joilla on pitkät varpaat, jotka jakavat painonsa siten, että ne voivat kävellä kelluvan kasvillisuuden päällä.
Nämä eläimet eivät kellu sellaisenaan, vaan pysyvät veden pinnalla fysikaalisten periaatteiden avulla..
Suutari
Syvyyksien asukkaat: kelluminen äärimmäisissä olosuhteissa
Syvänmeren kalat elävät 3.000 6.000–XNUMX XNUMX metrin syvyydessä, jonne valo ei yllä ja paine on äärimmäinen. Selviytyäkseen tuossa ympäristössä, Ne ovat kehittäneet ainutlaatuisia kelluntamekanismeja ja äärimmäisiin olosuhteisiin sopeutunutta eläimistöä..
Sen ominaisuuksiin kuuluvat hyytelömäiset kappaleet, sopeutuneet tiheydet ja kevyempi lihaksisto. Jotkut jopa Ne ovat menettäneet uimarakkonsa lähes kokonaan paineen vuoksi.
Läpinäkyväpäinen syvänmerenkala (Macropinna microstoma) on yksi kiehtovimmista: sen silmät ovat läpinäkyvän kupolin sisällä, jonka avulla se voi pyöriä katsoakseen ylös tai eteenpäin ja havaitakseen saaliinsa.
Muut lajit, kuten metsästäjäkala tai lyhtykala, käyttävät bioluminesenssia vetovoimana tai puolustuksena. Monissa näistä kaloista, Kelluvuutta säätelevät kudoksissa tai erityisissä elimissä olevat vettä vähemmän tiheät aineet.
Merinisäkkäiden kelluminen: rasva, hengitys ja kehon hallinta
Merinisäkkäillä ei ole uimarakkoa, mutta ne ovat ratkaisseet kelluntaongelman muilla keinoilla. kehon rasvaa Sillä on kaksi tehtävää: lämmöneristys ja kellunta-apu.Jos haluat selvittää, miten merinisäkkäät säilyttävät tasapainonsa syvyyksissä, voit lukea lisää artikkelistamme eläimet, jotka etsivät roskia.
Hylkeet, merileijonat ja valaat voivat muuttaa kelluvuuttaan säätämällä keuhkojensa ilman määrää. Syväsukellusten aikana, Nämä elimet osittain romahtavat pienentääkseen sisäistä tilavuutta ja estääkseen liiallisen kelluvuuden..
Merisaukot vangitsevat ilmaa tiheään turkkiinsa, minkä ansiosta ne voivat kelluvat selällään syödessäänTämä tekniikka on ainutlaatuinen merinisäkkäiden keskuudessa.
Ilmassa liikkuminen: luonnonvaraisten lentävien eläinten tapaus
Kelluminen ei aina tarkoita vedessä olemista: on myös eläimiä, jotka lentävät käyttämällä ilmassa kelluntamekanismeja. Kuumailmapallot noudattavat samaa periaatetta kuin jotkut elävät olennot nousemiseen. Jos haluat oppia lisää näistä eläimistä ja siitä, miten ne hyödyntävät lämpöä, tutustu sisältöömme osoitteessa .
Lämmin ilma on vähemmän tiheää kuin kylmä ilma, minkä ansiosta tietty tilavuus voi nousta. Tätä ominaisuutta käytetään tekniikassa, mutta myös luonnollisissa prosesseissa, kuten linnuissa, jotka liitävät termikoiden avulla, tai hyönteisissä, jotka käyttävät ilmavirtauksia.
Ilmakehässä leijuu jopa bakteereja ja mikroskooppisia organismeja ultrakevyiden rakenteiden tai kaasukuplien ansiosta..
Puffer kala
Kelluvuus inspiraation lähteenä tekniikassa
Kelluvuuden tiede on toiminut perustana teknologiselle kehitykselle useilla aloilla. Kelluvista silloista ja veden päällä olevista taloista sukellusveneisiin ja ilmassa lentäviin droneihin, Tämän ilmiön ymmärtäminen on avainasemassaYmmärtääksesi, miten luonto inspiroi heitä, voit lukea artikkelistamme aiheesta vesiviljelykasvit.
Nykyaikaiset sukellusveneet toimivat samalla tavalla kuin uimarakolla varustetut kalat, säätäen sisäistä tilavuuttaan painolastisäiliöiden avulla. Samoin ilmalaivoissa ja ilmapalloissa käytetään kaasuja, kuten heliumia, ilman tiheyden voittamiseksi.
Mielenkiintoinen näkökohta on sellaisten materiaalien kehittäminen, jotka voivat muuttaa tiheyttään tai tilavuuttaan ympäristön vaikutuksesta.Tämä avaa oven autonomisille vedenalaisille ajoneuvoille, jotka säätävät kelluvuuttaan automaattisesti.
Ilmastonmuutoksen vaikutus luonnolliseen kelluvuuteen
Jäätiköiden sulaminen ja merenpinnan nousu vaikuttavat suoraan monien kelluvien lajien elinympäristöihin. Jään sulaminen ja vesiekosysteemien muutokset pakottavat monet lajit sopeutumaan nopeasti näihin muutoksiin tai muuttamaan uusille alueille. Jos haluat ymmärtää, miten nämä muutokset vaikuttavat eläimiin, jotka ovat löytämässä hämmästyttävää kelluvuuttaan, lue artikkelimme aiheesta vesieläimet sukupuuton vaarassa.
