Почему дельфины так быстро плавают?

Водная среда в 800 раз плотнее воздушной. Поэтому даже медленное передвижение в ней требует от водных обитателей обтекаемой формы тела. Вопрос о гидродинамическом совершенстве китообразных возник еще в 1936 г. в виде так называемого "парадокса Грея". Английский ученый Д. Грей, наблюдая за стремительным движением мелких китообразных в океане высчитал, что из-за турбулентности потока мышцы дельфинов должны обладать мощностью в 7 раз большей, чем у всяких других млекопитающих. Поскольку это невозможно, то было высказано предположение, что дельфины имеют какие-то средства, помогающие им бороться с турбулентностью и преодолевать сопротивление воды.
Известно, что турбулентность, или завихрения, в пограничном слое жидкости, задерживающая движение, увеличивается не только со скоростью, но и с размером движущегося тела. Мелкие китообразные особых случаях могут показывать резко преувеличенную (ложную) скорость хода. Например, дельфины, оседлывая корабельные волны и используя толкающую гидродинамическую силу, пристраивались к носу быстроходных эсминцев, двигавшихся со скоростью 65 км/ч. Но это не их естественная скорость.
Высокую скорость передвижения китообразных объясняли мощностью мышц хвостового движетеля, особенностями мускулатуры и обтекаемой формой тела. Однако этого было явно недостаточно. Проблема превращения китообразных в лучших маневренных и скоростных пловцов была решена в ходе эволюции только тогда, когда у них появились два важнейших приспособления к плаванию:

* а) активная самонастройка демпфирования кожи
* б) саморегуляция гидроупругости плавников.
Первая важнейшая адаптация китообразных заключается в уникальном свойстве кожи дельфинов и китов активно регулировать и снижать гидродинамическое сопротивление в различных режимах плавания. Было показано, что воспринимаемые рецепторами кожи пульсационные возмущения в обтекающем потоке воды локально погашаются посредством кровеносной системы: переменная интенсивность кровотока в коже адекватно изменяет упругость, натяжение и демпферные свойства ее слоев в соответствии со скоростью плавания китообразного.
При активном движении животного кожа его самонастраивается, и решающую роль в этом играют крохотные дермальные сосочки, которые богато снабжены кровеносными сосудиками и нервными окончаниями. Дермальные сосочки располагаются по телу животного не беспорядочно, а продольными рядами в направлении струй обтекающего потока, в каждом ряду - как зубья в гребенке. Любой сосочек благодаря меняющемуся и регулируемому кровенаполнению обладает переменной упругостью. У дельфина на страже находятся миллионы таких сосочков, которые предупреждают развитие вихревого потока на каждом участке кожи: лишь только при быстром ходе дельфина начинают появляться первые признаки возмущения потока (вихри) , как тут же в этом "опасном" участке изменяется поток крови, меняются упругость кожи и другие ее механические свойства. В результате этого зарождающееся возмущение потока ликвидируется: вихрь гасится, не успев развиться. Столь быстрая реакция объясняется исключительной подвижностью кровеносной системы дельфина.
О ламинаризации потока кожей китообразных свидетельствуют и некоторые прямые наблюдения над дельфинами, плавающими в условиях биолюминисценции (свечения) моря. Дельфин плывет, почти не нарушая спокойного состояния воды.
Вторая важнейшая адаптация к быстрому плаванию китообразных - переменная гидроупругость плавников, регулируемая в зависимости от режима плавания. Она была установлена на основе разносторонних исследований дельфинов и китов.
Регуляция упругости плавников осуществляется автоматически при помощи специфических комплексных артериовенозных сосудов, распределительных узлов на их системе и особой структуры покровных тканей плавников, включающей покрытие из сухожильных тяжей. Чем быстрее дельфины плывут, тем выше упругость их плавников.