Ученые выяснили почему дельфины так быстро плавают

Способность дельфинов быстро плавать (скорость доходит до 37-55 км/ч) не давала покоя учёным с 1930 года. Но новое исследование, наконец, помогло найти ответ на вопрос − как их мышцы производят достаточно тяги для развития настолько высоких скоростей?

"Долгое время это было причиной множества споров, – комментирует морской биолог Фрэнк Фиш (Frank Fish) из Вестчестерского университета в Пенсильвании. – Теперь же эксперименты показали, что афалины обязаны своим скоростям мощному хвостовому плавнику".

Парадокс был замечен в 1936 году британским зоологом сэром Джеймсом Греем (Sir James Gray), который изучал поведение дельфинов. Он наблюдал за плаванием дельфина вокруг судна, идущего со скоростью 10 метров в секунду, в течение семи секунд и не смог понять, как именно животное могло двигаться так быстро.

Теория физики утверждает, что при размерах дельфина и той скорости, с которой он бороздит океанические просторы, животное, должно быть, умеет управлять обтекаемостью своего тела. Оно сохраняет ламинарное обтекание при скоростях движения, для которых тело уже должно становиться турбулентным.

Однако когда Грей ввёл переменные в уравнения, он обнаружил, что морское млекопитающее для воплощения такой теории в действительность должно обладать намного большей мышечной массой. Эта попытка объяснения получила название "парадокс Грея" (Gray paradox). Учёный предполагал, что у дельфина есть какой-то секрет, благодаря которому он "включает" турбулентный поток над его телом. Но до сих пор никто не смог разгадать эту загадку.

Во многом исследователям мешал тот факт, что дельфины постоянно двигаются в воде, и непосредственно измерить их силу нелегко. Для получения такого рода данных необходимо проводить эксперименты, похожие на инженерные, когда в воду добавляются видимые частицы (например, крошечные стеклянные бусины, окрашенные в яркий цвет и подсвеченные лазером). Затем специалисты наблюдают, как шарики двигаются в ответ на перемещение объекта в воде. Так они могут определить возникающую силу.

Но этот эксперимент сложно осуществить с дельфином, ведь маленькие стеклянные шарики в резервуаре могут травмировать животное. Да и лазерные лучи негативно влияют на здоровье млекопитающих.

Однако случайная встреча с Тимоти Вэем (Timothy Wei) из университета Небраски, изучающим способности и достижения олимпийских пловцов, помогла Фишу и его коллегам создать необходимые для эксперимента лабораторные условия. В итоге команде учёных удалось осуществить испытания на базе университета Калифорнии в Санта-Крус (UCSC).

Несколько дельфинов-афалин, содержащихся в неволе, поместили в специальный прозрачный контейнер. В него с помощью шлангов подавали сжатый воздух, тем самым создавая занавес из пузырьков. Один из дельфинов, казалось, поначалу скептически отнёсся к перспективе плавать с пузырьками, но после уговоров тренера всё-таки смирился с этим явлением. Когда млекопитающее двигалось вперёд, учёные оценивали, насколько силён образуемый водяной вихрь и как при этом отклоняются пузырьки с воздухом.

Результаты показали, что именно хвостовой плавник дельфина помогает млекопитающему создать достаточную для ускорения тягу. К тому же благодаря гибкости хвоста животные могут эффективно передвигаться в воде на самых разных скоростях.

"Дельфину каким-то образом удаётся контролировать гибкость своего хвоста, – рассказывает Фиш. – Например, чем быстрее животное плывёт, тем жёстче он становится. Хотя вполне возможно, что это не требует от млекопитающего каких-то усилий и происходит само собой, благодаря изменению натяжения сухожилий в хвосте".

Пока Фиш и его коллеги не выяснили всех аспектов высокоскоростного плавания дельфинов, но уже точно могут заявить, что "парадокс Грея" упразднён.