Морфо-анатомические особенности дельфинов как водные морские млекопитающие

 

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

 

 

Как и все млекопитающие, дельфины дышат атмосферным воздухом, имеют постоянную температуру тела, рождают детенышей и вскармливают их молоком. Однако в отличие от наземных сородичей дельфины всю жизнь проводят в воде. Они превосходно приспособлены к стремительному и неутомимому плаванию и длительному погружению и наделены изумительной способностью ориентироваться в морских глубинах. Именно в этом отношении дельфины, как и все китообразные, представляют большой научный интерес для биологов, стремящихся разгадать их тайны с тем, чтобы найти им практическое применение в различных областях человеческой деятельности. Поэтому в последние два десятилетия дельфины привлекли к себе пристальное внимание как ученых, так и инженеров. Во многих странах для изучения дельфинов построены специальные дельфинарии, где животные легко вступают в контакт с человеком. Результаты исследований оказались настолько неожиданными, а подчас и ошеломляющими, что они привлекли внимание и широкой общественности, которая с удивительным постоянством стремится узнать «все о дельфинах».

Сегодня ученые проводят широкие исследования поведения дельфинов не только в искусственных условиях - бассейнах, но и в естественных - в открытом море, изучают их коммуникационные сигналы (сигналы общения), ставят эксперименты, помогающие ответить на вопрос, способны ли эти животные решать сложные задачи, разрабатывают способы их обучения.

Все дельфины в систематическом отношении образуют единое, четко обособленное семейство так называемых настоящих дельфинов, которое входит в подотряд зубатых китов отряда китообразных. Все дельфины отличаются большой подвижностью, их обтекаемой формы тела весьма стройного сложения, с хорошо развитыми плавниками. У всех дельфинов хорошо развиты легкие. Вдох и выдох происходит через единственное носовое отверстие - дыхало, сместившееся в процессе приспособления к водному образу жизни на самую верхнюю часть головы - ту часть, которая первой показывается из воды, когда животное выныривает. Челюсти у дельфинов, как правило, удлиненные. Дельфины - стадные морские животные, но они держатся и семьями. В такой семье живут вместе несколько поколений животных, родившихся от одной самки. Обычно обособленную группу дельфинов возглавляет вожак-самец, которому часто приходится отстаивать свое главенство в драках с другими самцами.

Лучше всех других видов дельфинов уживается в дельфинариях и быстро привыкает к условиям неволи афалина. Она в общем-то и стала основным объектом разнообразных исследований.

Целью данной работы является исследование морфологических и анатомических особенностей семейства дельфиновых. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- рассмотреть систематику дельфинов;

- изучить особенности морфо-анатомических адаптации китообразных к водному образу жизни;

- рассмотреть особенности питания  и миграцию дельфинов;

- размножение китообразных;

- рассмотреть какое хозяйственное  значение имеют дельфины.

 

Глава 1. Морфо-анатомические особенности дельфинов как водные морские млекопитающие. Систематика.

1.1. Анатомия и морфология  дельфинов

Китообразные исключительно водные млекопитающие. Они живут, рожают детенышей, вскармливают их молоком, дышат атмосферным воздухом и, когда приходит время, умирают в водной стихии.

Рис.1. Строение тела

Форма тела дельфинов вытянутая, хорошо обтекаемая. Задние конечности исчезли и лишь изредка встречаются в виде рудиментарных образований, а передние превратились в веслообразные грудные плавники — рули глубины, поворотов и тормоза (рис.1).

В ходе эволюции у китообразных, передвигающихся в плотной водной среде, образовались легко обтекаемая форма тела, упругий кожный покров, способный задерживать появление турбулентных пульсаций в пограничном слое воды, сформировался особый локомоторный орган — хвостовой плавник — эффективный машущий движитель, приводимый в движение сильной мускулатурой.

Дельфин при движении тонко использует в различных сочетаниях средства уменьшения гидродинамического сопротивления воды и управления пограничным слоем на поверхности своего тела. Он может улавливать гидродинамическое давление поля движущихся судов.

Для всех видов дельфинов показано, что они для ориентировки пользуются принципом эхолокации посредством ультразвукового сонара. Соответственно этим наблюдениям в их мозге выделяются сильно развитые слуховые нервы, трапециевидное тело, медиальное коленчатое тело. Все эти образования являются центральными образованиям слухового анализатора.

В мозговом стволе китов продолговатый мозг, мост, средний мозг обнаруживаются на типичных для них местах. Нижние оливы у всех китов развиты очень сильно. У большинства видов китообразных мозжечок развит сильнее, чем у наземных млекопитающих. У дельфинов мозжечок почти совсем прикрывается большим передним мозгом. По относительному весу мозжечка речные дельфины выделяются среди остальных зубатых китов — 6,7-11,8 % общего веса мозга; у остальных — 15-19 %. Кора полушарий богата бороздами и хорошо выражена.

Китообразные издают многочисленные и разнообразные звуки, которые в описательном плане могут быть охарактеризованы, как рев, стон, мычание, визг, треск, трель, скрип, удар, грохот, выстрел и т.д. К настоящему времени можно считать установленным, что все виды китообразных издают звуки, но полнота их изученности у разных видов, родов и семейств неодинакова. Лучше всего исследованы сигналы дельфинов.

Звуки зубатых китов охватывают необычайно широкий спектр частот — от нескольких герц до почти трехсот килогерц, эти сигналы можно разделить на импульсные и непрерывные. Импульсные сигналы (щелчки) состоят из отдельных посылок широкой полосы (с максимумом интенсивности от 20 до 50 Кгц) с очень крутым передним фронтом, длительностью порядка 0,1 мсек. Частота посылок таких импульсов в секунду может изменяться от единиц до сотен, и на слух они сливаются в щебет, скрип, лай. Длительность каждого сигнала может изменяться от щелчка к щелчку и обычно уменьшается при возрастании числа импульсов в секунду, а так же в бассейне по сравнению с морем.

Сигнал типа щелчка у зубатых китов по своей спектральной композиции может быть описан, как белый шум, поскольку в нем присутствуют частоты очень широкого диапазона. Полоса частот в щелчке варьирует у животного в зависимости от обстоятельств. Для распознавания обычно используют более высокие частоты, а для ориентации — более низкие и продолжительные (в несколько миллисекунд). Эти сигналы могут возбуждать сильное эхо. У афалины щелчки двойные, каждый длительностью 0,4-0,7 мсек. и с интервалом около 1 мсек, касатка излучает серии щелчков, по 10-15 в каждой, с малой частотой повторения. Типичная серия начинается с более высоких частот и заканчивается низкими (500-350 Гц). Продолжительность отдельного щелчка косатки 10-35 мсек. Импульсные сигналы обычно сопутствуют локации (Черноморская афалина…,1997).

Другой большой класс звуков китов представляют сигналы, называемые непрерывными. Часть их воспринимаются на слух, как свисты, почти монохроматические, амплитудно — и частотно-модулированные, длительностью 0,1-3,6 секунд, частого 4-30 Кгц. Другие звуки этого класса имеют более сложный спектральный состав и воспринимаются как рев, вой, трубные звуки и т.п. Для них характерна комплексность свиста и импульсов. Свисты обычно относят к коммуникативным сигналам, хотя и не исключено их использование и для локации.

В 1957 году зоологи из США, описывая новый вид, морской свиньи из Калифорнии, заметили, что лобная поверхность ее черепа подобна форме параболического зеркала, а мягкие части над челюстными костями напоминают линзу. Возникла мысль, что голова морской  свиньи может концентрировать звуки, излученные воздушными мешками, как рефлектор и фокусирующий аппарат. Так зародилась гипотеза звукового прожектора и акустической линзы дельфинов, красиво объясняющая точность, прицельностъ и дальность эхолокации. В дальнейшей разработке этой гипотезы принимали участие как американские, так и советские ученые.

Тот факт, что эхолоцирующий дельфин, приближаясь к добыче, покачивает головой, как бы нацеливаясь на рыбу своим звуковым лучом, указывает, что звуковые волны дельфины посылают направленно.

Наши исследователи показали, что череп (рис.2) и мягкие ткани головы дельфинов действительно концентрируют звуковые колебания и играют роль акустического прожектора и звуковой линзы. Испытания показали, как изменяется направленность звуков, формируемая черепом и целой головой дельфина в зависимости от частоты акустического изучения. Оказалось, что с увеличением частоты от 10 до 180 Кгц направленность звуков, обусловливаемая вогнутой передней поверхностью мозговой части черепа и мягкими тканями голова, четко возрастает, и звуковое поле суживается.

Рис. 2. Череп дельфина

Основную роль концентратора звука выполняет череп, а дополнительную — мягкие ткани головы.

Некоторые животные (китообразные и большинство летучих мышей) обладают удивительной для человека способностью - "видеть" в полной темноте объекты, направляя на них высокочастотные звуковые волны и "слушая" эхо. Эта способность называется эхолокацией. Для них эхолокация - важнейший способ ориентации в пространстве и главный путь получения информации об окружающем мире. В природе дельфины очень часто используют свой эхолокационный аппарат. Эхо дает им точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале. В режиме эхолокации дельфины используют короткие широкополосные импульсы, намного отличающиеся по длительности от сигналов наземных лоцирующих животных. В качестве локационных щелчков дельфин использует импульсы длительностью 7-100 мкс. Эти импульсы проходят через лобный выступ головы дельфина - так называемый "мелон''. Он состоит из соединительной ткани и жира. Мелон работает как акустическая линза для фокусировки звука, такое значение эхолокации в жизни дельфина. Звуковые волны распространяются в воде со скоростью около 1,5 км/с (в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе). Они отражаются от объекта и возвращаются в форме эха к животному. 

Рис. 3. Процесс эхолокации

Время между произведенным щелчком-сигналом и возвратом его эха указывает животным расстояние до любого объекта на их пути. Эхолокация наиболее эффективна в диапазоне от 5 до 200 м для объектов размером от 5 до 15 см в диаметре. Животное может определить размер и форму объекта. Это помогает дельфинам распознать предпочитаемые ими виды добычи. Однако исследования показали, что лишенный зрения дельфин тратит больше времени на эхолокацию.

Для переработки поступаюших эхосигналов требуется высокоразвитый мозг. Не случайно отделы мозга дельфина, заведующие слуховыми функциями, в десятки раз больше, чем у человека. Очень многие детали остаются неизвестными, исследования продолжаются (рис.3).

Пищеварительная система млекопитающих — одна из наиболее доступных для убедительной функциональной трактовки, строение ее у китообразных имеет глубокие черты сходства с таковой у других млекопитающих, но в то же время показывает некоторые важные, глубокие отличия, в разной степени характерные для разных представителей отряда китообразных.

Ротовое отверстие ограничено со стороны верхней челюсти плотными складками кожного покрова, лишенными собственной мускулатуры и покрытыми многослойным ороговевшим эпителием. Таким образом, можно сказать, что у китообразных нет типичных губ, характерных для млекопитающих, равно как нет и щек. Однако с анатомической точки зрения эти плотные кожные складки являются губами, определяющими границы ротовой полости.

Большая поверхность ротовой полости лишена каких бы то ни было желез. Язык менее подвижный, чем у наземных млекопитающих.

Для всех китообразных характерно сложное многокамерное строение желудка. Общее число отделов желудка колеблется от трех до тринадцати у разных видов китообразных. Первый отдел желудка служит в основном для механической обработки пищи. Однако механическая обработка пищи не была бы так эффективна, если бы в этом не участвовал секрет желудка из второго отдела.

Интересно, что в начале желудка китообразных нет кардиального сфинктера, препятствующего у многих млекопитающих выбрасыванию пищи в пищевод. Очевидно, киты способны легко извергать из желудка остатки пищи. Прямые наблюдения в природе и в неволе подтверждают, что испуганный зверь может срыгивать пищу.

В строении тонкого и толстого кишечника особенностью является отсутствие у большинства дельфинов слепой, кишки. Также у дельфинов отсутствует желчный пузырь.

Хотя в самых общих чертах кровеносная система китообразных не отличается от наземных млекопитающих, имеется некоторые важные особенности, так или иначе связанные с адаптацией к водному образу жизни. К таким особенностям относится первую очередь мощное развитие артериальной и венозной чудесной сети, которая располагается в основании черепа и грудной области. Сейчас известно, что в той или иной степени чудесная сеть хорошо развита у всех млекопитающих, ведущих водный образ жизни. Одно из функций этой структуры является регуляция пульсирующего давления в кровеносной системе, развивающегося в результате задержки дыхания у китообразных. Прижизненная ангиография показала, что мозг дельфинов (исследована афалина) снабжается кровью не прямо из сонных артерий (как это обычно происходит у млекопитающих), а исключительно через околопозвоночную чудесную сеть,