Суда жүзуге бейімделген қанаттар мен жүзбекшелер

Кіріспе

Суда жылдам қозғалуға және маневрлеуге бейімделген жалпақ мүше, балықтың қосымшасы.

[Сурет:Schwimmender Penguin. Jpg|right|thumb|Гумбольдт пингвинінің жүзуі. Пингвиннің қанаттары қысқа, күшті қанатшаларға айналып, ұшу қабілетін жойды. "Қанатша" және "қосқыр" терминдерін қолдану кейде тіпті ғылыми әдебиеттерде де дұрыс келмейді. Дегенмен, балықтардың гидродинамикалық басқару беттері әрқашан "қанаттар" деп аталады және ешқашан "қанатшалар" деп аталмайды. Төрт аяқты жануарлардың қанат тәрізді құрылымдарға айналған мүшелері көбінесе (бірақ әрқашан емес) қанаттар емес, "қанатшалар" деп аталады. Киттердегі арқалық құрылым "арқалық қанаты" деп аталады, ал ірі киттердің құйрықтары негізінен "флюк" деп аталады, бірақ кейде "құйрық қанаттары" деп те аталады; екеуі де қанатша емес. Кейбір қанатшалар өте тиімді гидрофойлдер болып табылады, олар қанаттарға (аэрофойлдерге) ұқсас, суды жоғары жылдамдықпен және маневрлеумен жылжытуға және басқаруға қолданылады (Фойлге қараңыз). Саусақтары әлі де көрінетін, мысалы, екі жағдайлы және орсопарлардың жапырақты алдыңғы аяқтары сияқты, суға жүзуге арналған мүшелер қанатша емес, қайықтар деп есептеледі.

Гидродинамика

Киттердің қанаттары заманауи гидроаяқтармен салыстырылуы мүмкін, олар гидродинамикалық қасиеттерге ие: көтеру коэффициенті, кедергі коэффициенті және тиімділік. Қанаттар киттер (киттер, дельфиндер және порпоизалар) сияқты цетацеандардың негізгі басқару беттерінің бірі болып табылады, олардың масса орталығының алдында орналасуы және үш дәрежелі еркіндік қамтамасыз ететін қозғалғыштығы осыған мүмкіндік береді. [[Файл:Humpback stellwagen.JPG|thumb|Күгәй киттердің қанаттарындағы түйнектер олардың гидродинамикасын жақсартады. Жылдам ағынның арналарын бұзу күгәй киттерге суды ұстап тұруға және тіпті төмен жылдамдықтарда өткір бұрыштарда бұрылуға мүмкіндік береді. Ескектердің алдыңғы қанаттары осцилляциялық гидроаяқтар ретінде жұмыс істейді. Бұрылу үшін алдыңғы және артқы қанаттар қолданылады.

Қанатшалардың эволюциясы

Теңіз сүтқоректілері бірнеше рет дамып, ұқсас қанаттар пайда болды. Киттер, сопақшалар және сиреналардың алдыңғы аяқтары конвергентті эволюцияның классикалық мысалы болып табылады. Гендер деңгейінде кең таралған конвергенция байқалады. Ортақ гендердегі ерекше алмасулар әртүрлі су жануарларының бейімделуін қалыптастырды, олардың көпшілігі параллель эволюцияны құрайды, себебі бұл алмасулар тек сол жануарларға ғана тән емес. Киттер мен сопақшаларды, киттер мен сиреналарды, сопақшалар мен сиреналарды салыстырғанда, сәйкесінше 133, 2,351, 7,684 және 2,579 параллель аминқышқыл алмасуы орын алады. Гиперфалангия – бұл фалангалар санының плезиоморфтық сүтқоректілердегі әр санақта үш фалангадан асып түсуі. Су жануарларының аяқ-қолдарының иллюстрациясы: мозазаврлар Platecarpus және Clidastes, сондай-ақ иктиозаврлар Ophthalmosaurus және Platypterygius. «Жорғалаулардың остеологиясы» (1925) кітабынан. Киттер – гиперфалангия дамыған жалғыз сүтқоректілер. Қазіргі киттердің қанаттары қанатты аяқтар деп дұрыс сипатталмаса да, ежелгі жартылай сулы киттердің аралық қанатты аяқтары осылай сипатталуы мүмкін. Эоцен дәуіріндегі жартылай сулы киттердің қазбаларындағы саусаралық жіптердің болуы, эмбриональдық аяқ-қол дамуы кезінде саусаралық апоптозға қарсы әрекет ететін BMP антагонистерінің нәтижесі болуы мүмкін. Бұл тіндердегі сигналдардың өзгеруі шамамен 35 миллион жыл бұрын толық су жануарларында гиперфалангияның ерте түрінің пайда болуына ықпал еткен болуы мүмкін. Бұл процесс уақыт өте келе жалғасты, ал гиперфалангияның жоғары дифференциацияланған түрі, әр санақта алты немесе одан да көп фалангасы бар, мұртты киттер мен мұхиттық дельфиндерде конвергентті түрде дамыды және саусаралық тіндердегі сигнал берудің тағы бір толқынымен байланысты болуы мүмкін. Тіссіз киттерде бес санақ болса, көптеген мұртты киттерде төрт санақ бар, тіпті метакарпал сүйегі де жоқ. Соңғыларында (мистицеттерде) алғашқы санақ сәулесі 14 миллион жыл бұрын жоғалған болуы мүмкін. Эверс және авторлар теңіз тасбақасының алдыңғы аяқтарының қанаттарға айналуымен байланысты кеуде белдеуі мен алдыңғы аяқ-қолдарының белгілерін анықтады. Ата-тектеріндегі аяқ-қолдардың қолданылуына сүйенсек, бұл мінез-құлық 70 миллион жыл бұрын пайда болған болуы мүмкін.

Marine mammals have evolved several times, developing similar flippers. The forelimbs of cetaceans, pinnipeds, and sirenians presents a classic example of convergent evolution. There is widespread convergence at the gene level. Distinct substitutions in common genes created various aquatic adaptations, most of which constitute parallel evolution because the substitutions in question are not unique to those animals. When comparing cetaceans to pinnipeds to sirenians, 133 parallel amino acid substitutions occur. Comparing and contrasting cetaceans pinnipeds, cetaceans sirenians, and pinnipeds sirenians, 2,351, 7,684, and 2,579 substitutions occur, respectively. Hyperphalangy is an increase in the number of phalanges beyond the plesiomorphic mammal condition of three phalanges per digit. thumb|Illustration of limbs of aquatic reptiles: the mosasaurs Platecarpus and Clidastes, and the ichthyosaurs Ophthalmosaurus and Platypterygius. From The Osteology of the Reptiles (1925)
Cetaceans are the sole mammals to have evolved hyperphalangy. Though the flippers of modern cetaceans are not correctly described as webbed feet, the intermediate webbed limbs of ancient semiaquatic cetaceans may be described as such. The presence of interdigital webbing within the fossils of semi aquatic Eocene cetaceans was probably the result of BMP antagonists counteracting interdigital apoptosis during embryonic limb development. Modifications to signals in these tissues likely contributed to the origin of an early form of hyperphalangy in fully aquatic cetaceans about 35 million years ago. The process continued over time, and a very derived form of hyperphalangy, with six or more phalanges per digit, evolved convergently in rorqual whales and oceanic dolphins, and was likely associated with another wave of signaling within the interdigital tissues. Although toothed cetaceans have five digits, most baleen whales have four digits and even lack a metacarpal. In the latter (mysticetes), the first digit ray may have been lost as late as 14 million years ago. Evers et al. identified characters related to the pectoral girdle and forelimb that are related to the modification of sea turtle arms and hands into flippers. Based on presumed limb use in ancestral turtles, these behaviors may have occurred as long ago as 70 million years.