В космосе нет взлетов и падений, но в сериалах, таких как Star Trek, корабли всегда ориентированы одинаково: с правой стороны вверх. Это ненужный с научной точки зрения троп, который стал настоящей шуткой среди фанатов научной фантастики.
Тем не менее, здесь, на Земле, рыбы оказываются в поразительно похожей ситуации. Когда рыба скользит по своему невесомому, трехмерному, водному миру, она почти всегда остается правой стороной вверх. Вопрос - и для кораблей, и для рыб - почему?
Это более простой вопрос для вымышленных космических кораблей, чем для реальной рыбы.
В кино или на телевидении режиссеры показывают корабли так, как они делают, потому что это делает сцену более понятной для зрителей, существ, привыкших к гравитационно-привязанному миру. «У нас есть четкая идея, что все должно быть правильно», - говорит Фрэнк Фиш, функциональный морфолог из Университета Западного Честера в Пенсильвании. Но как насчет рыбы? Это загадка
«Я не могу вспомнить рыбку, несмотря на свое имя, и определить, почему она это делает», - говорит Фиш.
Углубление загадки состоит в том, что ученые знают несколько причин, по которым рыба будет плавать в любой конкретной ориентации, но у них явно есть предпочтение. В отличие от наземных животных, рыбы не толкают землю, чтобы двигаться. И, двигаясь, рыбы не более обтекаемы в одной ориентации, чем в другой. Более того, большинство рыб очень тяжелые, говорит Брук Фламманг, изучающая биомеханику рыбы в Технологическом институте Нью-Джерси. Как ребенок, балансирующий на пляжном мяче в бассейне, гравитация хочет, чтобы он перевернулся. Так почему бы и нет?
Ведущее объяснение состоит в том, что рыба начала свою жизнь, говоря эволюционно, и поэтому у большинства никогда не было причин меняться. «Только между нами, да, они никогда не беспокоились», - говорит Милтон Лав, морский зоолог в отставке в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Предпочтительная ориентация рыбы «восходит к тем самым ранним этапам построения левой и правой сторон, головного конца [и] хвостового конца», - говорит Питер Уэйнрайт, изучающий морфологию и поведение рыб в Калифорнийском университете в Дэвисе.,
По словам Уэйнрайта, есть две группы животных, которые имеют разные левые и правые стороны. Первая группа, простейшие, включает большинство беспозвоночных, таких как насекомые и моллюски. На ранних стадиях развития, таких как эмбрионы, у этих животных появляется полость, которая становится ртом. Во второй группе, дейтеростомии, которая включает позвоночных, таких как рыба и человек, эмбрионы развиваются по-разному. В этом случае первой формой депрессии становится анус.
Это небольшое начальное различие означает, что две группы развиваются в противоположных ориентациях. По словам Лорен Саллан, изучающей раннюю эволюцию позвоночных в Университете Пенсильвании, сальто определяет, какая сторона животного становится его верхней (спинной), а какая - его нижней (вентральной), а также где проходит нервный шнур.
У большинства беспозвоночных нервный шнур проходит вниз по животу. По словам Саллана, нервы испытывают небольшие затруднения при соединении с глазами и мозгом, которые являются более дорсальными, поскольку у беспозвоночных часто не бывает твердых частей внутри их тела, чтобы мешать им.
Напротив, даже самые примитивные позвоночные имеют твердые ткани, такие как кости, которые образуют внутренние барьеры внутри тела. В результате их план тела намного менее адаптируем. Нервный шнур проходит вдоль спины животного, а его мозг развивается на дорсальной стороне, соединяясь с нервами. Поскольку глаза находятся в черепе рядом с мозгом, они также оказываются сверху. При отсутствии верхней части тела желудок и рот оказываются на дне.
Саллан не уверен, что привело к изменению, но это сильно повлияло на эволюцию позвоночных. «Это ранний бросок монеты, который стал основным ограничением в форме рыбы», - говорит Саллан.
Тогда возникает вопрос: почему рыба осталась спинной стороной вверх? Ответ лежит в основных принципах эволюционной теории: если новая черта не дает явного преимущества, вещи, как правило, остаются прежними.
Ученые выделили некоторые льготы, чтобы плавать верхней стороной вверх. Например, гравитация поможет перенести кровь из мозга обратно в сердце, говорит Фламманг. «Любовь также выгодна тем, что ее глаза находятся выше рта», - говорит Лав, поскольку она защищает эти чувствительные органы от пищи и мусора и ищет хищников. Фламманг говорит, что даже их максимальный вес дает рыбе некоторые преимущества: это увеличивает их маневренность.
И некоторые рыбы научились плавать с ног на голову, в то время как другие заигрывают с идеей.
По словам Уэйнрайта, многие рыбы, обитающие вблизи таких сооружений, как рифы или пирсы, будут ориентировать свои животы на вертикальные стены или даже потолки. Рыба, кажется, чувствует себя комфортно, плавая таким образом около структур, но они быстро повернутся правой стороной вверх, когда они уплывают.
Группа африканских сомов полностью перевернулась с ног на голову. Их поведение является результатом того, что обитающая на дне рыба приспосабливается к использованию богатой кислородом воды у поверхности. Рот сома находится на его нижней части, поэтому рыбе было легче всего перевернуть вверх дном и обработать верхнюю часть воды так же, как она использовала для обработки дна, говорит Лорен Чепмен, изучающая дыхание рыб в Университете Макгилла в Монреале. Квебек «Для перевернутого сома поверхность воды - это просто еще один субстрат», - говорит она.
Но в подавляющем большинстве случаев, говорит Лав, «выборочное преимущество для большинства рыб не должно быть вверх ногами».
Ответ, как говорит Уэйнрайт, вероятно, что для большинства рыб переход просто не стоит. В этот момент быть в вертикальном положении Проще говоря, рыба «может не хотеть быть с ног на голову», говорит Фламманг.
Другими словами, они привыкли к этому, и это работает. Как смотреть, как звездные корабли летят по галактике, с правой стороны вверх.
Связанные истории из журнала Hakai:
- Техника ловли рыбы с разными «личностями»
- Куда попадают рыбы во время шторма?
- Рыба в формировании
