수중 이동

Aquatic locomotion
움직이는 해파리
유라시아산 쳇수영

수중 이동이나 수영은 액체 매체를 통해 생물학적으로 추진되는 운동이다.가장 단순한 추진 시스템은 섬모와 편모로 구성되어 있다.수영은 절지동물, 어류, 연체동물, 파충류, 조류, 포유류를 포함한 다양한 생물에서 여러 번 진화해왔다.

수영의 진화

수영은 관련이 없는 혈통에서 여러 번 진화했다.해파리 화석은 에디아카란에서 발생하지만, 최초의 자유수영 동물은 초기부터 중기 캄브리아기에 나타난다.이들은 대부분 절지동물과 관련이 있으며, 오늘날의 갑오징어를 연상시키는 방식으로 횡엽을 통해 헤엄친 아노말로카리드도 포함된다.두족류는 후기 [1]캄브리아기에 네크톤의 대열에 합류했고, 척색류는 초기 [2]캄브리아기부터 헤엄쳤을 것이다.많은 육지 동물들은 수영을 할 수 있는 능력을 보유하고 있지만, 일부는 물로 돌아와 수중 이동 능력을 발전시켰다.그러나 인간을 포함한 대부분의 유인원들은 수영 [3]본능을 잃었다.

2013년, 비트바테르스란트 대학의 인간 진화 연구소의 연구원인 페드로 레나토 벤더는 그러한 본능의 상실을 설명하는 이론을 제안했다.사키의 마지막 공통 조상 가설(물 장벽을 넘을 수 없는 브라질 민속의 특징인 사키의 이름을 따옴)이라고 불리는 이 가설은 유인원의 본능적인 수영 능력의 상실은 [4]유인원의 마지막 공통 조상에서의 수상성 생활에 대한 적응과 관련된 제약의 결과로 가장 잘 설명된다고 주장한다.벤더는 물에 노출될 위험이 [4]교차하는 것의 이점보다 분명히 높을 때, 조상 유인원이 심해 사체를 점점 더 피한다는 가설을 세웠다.수역과의 접촉이 감소하면 개 패들 [4]본능이 사라질 수 있었다.

미생물

상세 정보:마이크로스위머 및 프로티스트 이동

미생물 수영선수는 때로 마이크로 스위머라고 불리기도 하는데, 유체나 수중 [5]환경에서 움직일 수 있는 능력을 가진 미세한 실체이다.자연 마이크로스위머는 박테리아, 고세균, 원생동물, 정자, 그리고 미생물과 같은 생물학적 미생물로써 자연계의 모든 곳에서 발견됩니다.

세균

주요 기사: 세균 운동성

섬모

섬모들은 물 속을 이동하기 위해 섬모라고 불리는 작은 편모를 사용합니다.하나의 섬모에는 일반적으로 수백에서 수천 개의 섬모가 빽빽하게 배열되어 있습니다.이동 중에 개별 섬모는 고마찰 파워 스트로크에 이어 저마찰 회복 스트로크를 사용하여 변형된다.하나의 유기체에 여러 섬모가 모여있기 때문에, 그들은 연대기적 리듬으로 집단 행동을 보인다.이는 하나의 섬유의 변형이 이웃의 변형과 위상이 일치하여 생물 표면을 따라 전파되는 변형파를 발생시킨다는 것을 의미한다.이 섬모의 전파는 유기체가 섬모를 조직적으로 움직이게 하는 것입니다.섬모성 미생물의 전형적인 예는 수천 마리의 섬모로 뒤덮인 단세포 섬모성 원생동물인 파라메슘이다.섬모가 함께 박동하면 파라메슘은 [6]초당 500마이크로미터의 속도로 물을 통과하게 됩니다.

그램 음성 박테리아의 편모는 그 밑부분의 분자 모터에 의해 회전한다.
인공 번식을 위한 연어 정자

편모충류

박테리아와 동물의 정자와 같은 특정 유기체는 액체 환경에서 움직이는 방법을 개발한 편모를 가지고 있다.회전 모터 모델은 박테리아가 편모를 움직이기 위해 전기 화학적 구배의 양성자를 사용한다는 것을 보여준다.박테리아의 편모에 있는 토크는 편모 바닥 주위에 양성자를 전도하는 입자에 의해 만들어집니다.박테리아에서 편모가 회전하는 방향은 편모 [7]모터의 주변을 따라 양성자 채널이 점유되면서 발생합니다.

정자의 움직임을 정자 운동성이라고 한다.포유류의 정자 가운데는 정자의 편모 운동을 촉진하는 미토콘드리아를 포함하고 있다.베이스 주변의 모터는 박테리아가 수성 [8]환경을 통해 이동하는 것과 같이 토크를 생성합니다.

유사포디아

의사동물을 이용한 이동은 세포막의 한 지점에서 압력의 증가를 통해 이루어진다.이러한 압력 증가는 피질과 막 사이의 액틴 중합에 의한 결과이다.압력이 증가함에 따라 세포막이 바깥쪽으로 밀려 의사동물을 만든다.의사동물이 바깥쪽으로 움직일 때, 몸의 나머지 부분은 피질 장력에 의해 앞으로 당겨진다.그 결과, 세포는 유체 매체를 통해 이동하게 됩니다.또, 주화성으로 이동 방향을 결정한다.세포막의 특정 영역에서 화학 흡착이 발생하면 액틴 중합이 시작되고 세포가 그 방향으로 [9]움직일 수 있습니다.가성동물을 이용하는 유기체의 좋은 예는 Negleria fowleri이다.[10]

심플한 애니메이션

무척추동물

특수 수영 다리 포함 새우주걱(양각류)
다프니아는 더듬이를 치며 헤엄친다.

라디오타, 해파리, 그리고 그 친척들 중에서, 수영의 주요 형태는 그들의 컵 모양의 몸을 구부리는 것이다.비록 대부분의 시간을 수동적으로 수영하는데 보내지만, 모든 해파리는 자유롭게 헤엄친다.수동 수영은 활공과 유사하다; 유기체는 할 수 있는 곳에 전류를 사용하여 떠다니고 위치나 움직임을 조절하는 데 에너지를 소비하지 않는다.반면, 능동 수영은 원하는 위치로 이동하기 위한 에너지 소비를 수반한다.

양손수영에는 많은 수영 방법이 있다.화살벌레(chaetognatha)는 물고기와 달리 지느러미가 있는 몸을 꿈틀거린다.선충은 지느러미가 없는 몸을 흔들며 헤엄친다.많은 갑각류를 포함한 몇몇 절지동물 무리들은 수영을 할 수 있다.새우와 같은 대부분의 갑각류는 보통 특별한 수영 다리로 노를 저으며 헤엄친다.헤엄치는 게들은 변형된 보행 다리로 헤엄친다.갑각류 동물인 다프니아는 대신 더듬이를 두드리며 헤엄친다.

수영하는 연체동물들의 많은 형태도 있다.바다천사와 같이 자유롭게 헤엄치는 많은 바다 민달팽이들은 지느러미 같은 구조물을 펄럭인다.가리비와 같은 몇몇 껍데기 연체동물들은 그들의 두 개의 껍데기를 열었다 닫았다 하면서 잠시 수영을 할 수 있습니다.수영하기 위해 가장 진화한 연체동물은 두족류이다.제비꽃미늘은 양친매성 뮤신(mucin)에 의해 안정화된 부력이 있는 폼 뗏목을 이용해 해면을 [11][12]떠다닌다.

신우테로스토미아에는 수영선수들도 많이 있습니다.깃털별은 많은 팔을 흔들며 헤엄칠 수 있다.솔프는 젤라틴 같은 몸을 통해 물을 퍼올려 움직인다.수영을 위해 가장 진화한 중수체들은 척추동물들, 특히 물고기들 사이에서 발견됩니다.

제트 추진

문어는 머리부터 헤엄치고 팔을 뒤로 끌다
해파리는 제트 이동을 위해 종을 울린다.
가리비는 두 개의 껍데기를 열고 닫으며 헤엄친다.
주요 기사 : 제트 추진

제트 추진은 동물들이 근육강을 메우고 물을 뿜어내는 수중 이동 방식이다.대부분의 유기체는 제트 추진의 두 가지 디자인 중 하나를 갖추고 있다; 그들은 해파리처럼 후방에서 물을 끌어와 후방에서 쫓아내거나, 살포처럼 전방에서 물을 끌어와 후방에서 쫓아낼 수 있다.충치를 메우는 것은 동물의 질량과 항력을 증가시킨다.수축하는 공동이 넓기 때문에, 그 동물의 속도는 물 속을 이동하면서 변동하고, 물을 배출하면서 가속하고, 물을 진공청소기로 청소하면서 감속한다.제트 추진 주기의 빈도가 충분히 높으면 항력과 질량의 변동을 무시할 수 있지만 제트 추진은 상대적으로 비효율적인 수중 이동 방법이다.

모든 두족류는 제트 추진으로 움직일 수 있지만,[13] 이것은 물고기가 사용하는 꼬리 추진에 비해 매우 에너지를 소모하는 이동 방법입니다.제트 추진의 상대적 효율은 동물의 크기가 증가함에 따라 더욱 감소합니다.고생대 이후, 물고기와의 경쟁이 생존에 있어 효율적인 움직임이 중요한 환경을 만들었기 때문에 제트 추진은 [14]일정한 속도를 유지하기 위해 지느러미와 촉수를 사용하는 등 역효과를 가져왔다.그러나 제트기가 제공하는 Stop-Start 모션은 먹이를 포획하거나 [14]포식자를 피할 때 고속의 폭발을 제공하는 데 계속해서 유용합니다.사실, 이것은 두족류를 가장 빠른 해양 무척추동물로 [15]: Preface 만들고,[16] 그들은 대부분의 물고기를 가속시킬 수 있습니다.산소가 함유된 물은 맨틀의 아가미로 유입되고, 이 캐비티의 근육수축을 통해 맨틀의 주름에 의해 생성된 하이포놈을 통해 폐수가 배출된다.물이 하이포놈을 통해 전방으로 밀려나기 때문에 두족류의 움직임은 보통 뒤로 물러지지만, 다른 [17]방향을 가리키면 어느 정도 방향을 조절할 수 있다.대부분의 두족류는 떠다니기 때문에 [13]떠다니기 위해 수영을 할 필요가 없습니다.오징어는 물고기보다 더 느리게 헤엄치지만 속도를 내기 위해 더 많은 힘을 사용합니다.효율의 손실은 오징어가 맨틀 [18]캐비티 밖으로 가속할 수 있는 물의 양 때문이다.

해파리는 단방향 물 공동 설계를 사용하여 제트 추진의 연속적인 주기와 정지 단계를 생성한다.Froude 효율은 약 0.09로 매우 비용이 많이 드는 이동 방법을 나타냅니다.같은 질량의 물고기와 비교했을 때 해파리의 신진대사 비용은 높다.

다른 제트 추진 동물들도 효율 면에서 비슷한 문제를 가지고 있다.해파리와 비슷한 무늬의 가리비는 껍데기를 빠르게 여닫는 방식으로 헤엄쳐 물을 끌어들여 사방에서 뿜어낸다.이 이동은 불가사리와 같은 포식자로부터 도망치는 수단으로 사용된다.그 후, 껍질은 가리비의 가라앉는 경향을 상쇄하는 수중익 역할을 한다.Froude의 효율은 약 0.3으로 낮습니다. 그래서 포식자로부터 비상 탈출 메커니즘으로 사용됩니다.그러나 스캘럽이 해야 할 일의 양은 이매패의 두 껍질을 연결하는 탄력적인 경첩에 의해 완화된다.오징어는 맨틀 구멍으로 물을 끌어들여 사이펀을 통해 배출함으로써 헤엄친다.제트 추진 시스템의 Froude 효율은 약 0.29로 같은 질량의 물고기보다 훨씬 낮습니다.

가리비 근육이 껍데기를 닫는 작업의 대부분은 껍데기를 여는 스프링 역할을 하는 납골 조직에 탄성 에너지로 저장된다.물이 들어가야 하는 큰 개구부와 물이 빠져야 하는 작은 개구부 때문에 물에 대한 탄성이 낮아집니다.가리비 제트 추진의 관성 작업도 낮다.낮은 관성 작업 때문에, 탄성 조직에 의해 생성되는 에너지 절약량은 무시할 수 있을 정도로 작습니다.메두새는 또한 그들의 탄력적인 중합체를 이용하여 그들의 종을 크게 할 수 있다.그들의 맨틀은 탄성 섬유 사이에 끼어 있는 근육층을 포함하고 있습니다.근육 섬유는 종 주위를 둘레로 도는 반면 탄성 섬유는 근육을 통과하고 종 옆을 따라 늘어나지 않도록 한다.1회 수축 후 공진 주파수에 따라 수동적으로 진동하여 벨을 다시 채운다.그러나 가리비와 대조적으로 관성 작업은 메두사가 저속으로 큰 개구부를 통해 물을 배출하는 방식 때문에 유체역학적 작업과 유사합니다.이 때문에 진동 공동에 의해 생성되는 부압은 제트의 정압보다 낮아 맨틀의 관성 작용이 작다.따라서 제트 추진은 비효율적인 수영 [18]기술로 나타난다.

물고기.

이 대서양 참다랑어와 같은 오픈 워터 피쉬는 보통 직선의 속도를 위해 유선형이며, 깊게 갈라진 꼬리와 양끝이 가늘어지는 방추 모양의 부드러운 몸을 가지고 있다.
이 퀸 엔젤 피쉬와 같은 많은 리프 피쉬들은 팬케이크처럼 납작한 몸을 가지고 있고, 평평한 몸으로 동작하는 가슴과 골반 지느러미를 가지고 있다.
다음 항목도 참조하십시오.물고기 이동

많은 물고기들이 몸으로 물결을 일으키거나 지느러미를 흔들면서 물 속을 헤엄친다.기복은 후방 힘, 에너지의 낭비되는 부분인 측면 힘 및 전방 추력과 측면 힘 사이에 있는 정상적인 힘에 의해 보완되는 전방 추력의 구성요소를 생성한다.다른 물고기들은 몸의 다른 부분들을 물결치며 헤엄친다.뱀장어 모양의 물고기는 리드미컬한 순서로 온몸을 물결친다.연어와 같은 유선형의 물고기는 몸의 꼬리 부분을 물결친다.상어와 같은 몇몇 물고기들은 역동적인 양력을 만들고 추진하기 위해 단단하고 강한 지느러미를 사용합니다.물고기가 한 가지 형태의 추진력을 사용하는 것은 흔한 일이지만, 그들은 수영의 한 가지 지배적인 모드를 보여줄 것입니다. 걸음걸이의 변화는 다양한 크기의 어린 암초 물고기에서도 관찰되었습니다.그들의 필요에 따라, 물고기는 빠른 속도로 동기화된 지느러미 박자와 번갈아 지느러미 [20]박자를 번갈아 가며 움직일 수 있다.

2009년 기네스 기록에 따르면, 해마(Hippocampus zosterae)는 최고 속도가 시간당 [21]약 5피트(150cm)로 가장 느리게 움직이는 물고기이다.그들은 빠르게 등지느러미를 펄럭이고 조종하기 위해 가슴지느러미를 사용합니다.해마는 꼬리지느러미가 없다.

BCF(Body-Caudal Fin) 추진

  • 앵글로이폼: 앵글로이폼 수영선수들은 전형적으로 느린 수영선수들이다.그들은 몸의 대부분을 물결치고 머리를 움직이는 하중의 지점으로 사용한다.그들의 물결치는 동안, 그들의 몸은 0.5-1.0 파장의 진폭을 가진다.그들이 몸을 움직이는 진폭은 그들이 뒤로 헤엄칠 수 있게 해줍니다.앵글 모양의 이동은 주로 뱀장어, 칠성장어, 갈치, 그리고 많은 메기 종과 같은 길고 가느다란 몸을 가진 물고기에서 볼 수 있다.
  • 아카랑어, 카랑어, 툰어:이 수영선수들은 몸의 뒤쪽 절반을 기복이 있고 앵무새 모양의 수영선수들보다 훨씬 빠르다.또, 수영중의 어느 시점에서도, 파장<1>을 신체의 기복 패턴으로 볼 수 있다.몇몇 카랑과 수영하는 사람들은 유모 상어, 대나무 상어, 그리고 산호 상어를 포함합니다.참치, 백상어, 연어, 잭, 그리고 마코상어를[citation needed] 포함한 일반적인 참치류 수영선수들은 매우 빠르다.흰개미 수영선수들은 높은 종횡비 꼬리 지느러미만 물결치기 때문에, 그들은 보통 더 많은 물을 밀어내기 위해 매우 뻣뻣하다.
  • 배척형: 배척형 수영자는 꼬리 부분을 흔들어서 수영하는 속도가 상대적으로 느립니다.박스피쉬, 어뢰광선, 모모이어는 배척형 이동 방식을 사용합니다.소고기는 물기둥을 [22]맴돌기 위해 Osctraciform의 이동을 이용한다.

중앙 페어링 핀(MPF) 추진

  • 테트라오도니폼, 밸런스폼, 디오도니폼:이 수영하는 사람들은 중앙 지느러미를 흔든다.그들은 일반적으로 느린 수영선수이고, 몇몇 주목할 만한 예로는 개복치, 복어, 그리고 트리거피쉬가 있습니다.
  • Rajiform, Amiiform, Gymnotiform:이 운동 모드는 가슴 및 중앙 지느러미의 파동에 의해 달성됩니다.파장이 1을 넘는 파장이 지느러미에 표시됩니다.그들은 보통 수영하는 속도가 느리고 중간 정도이며, 가오리, 보우핀, 나이프 피쉬 등이 있습니다.검은 고스트 나이프 피쉬는 매우 긴 복부 리본 지느러미를 가진 짐노트형 수영선수입니다.추력은 차체가 단단하게 유지된 상태에서 리본 핀을 따라 파도를 통과시킴으로써 발생합니다.이것은 또한 유령 나이프 물고기가 거꾸로 헤엄칠 수 있게 해줍니다.
  • 라브리폼: 라브리폼 수영선수들도 느린 수영선수들이다.그들은 가슴 지느러미를 흔들어서 추진력을 만들어 냅니다.진동하는 핀은 시동 소용돌이가 핀의 후행 가장자리에서 떨어질 때 추력을 생성합니다.호일이 시작 소용돌이를 벗어나면 그 소용돌이의 효과는 감소하지만 결합된 순환은 그대로 유지되어 양력을 발생시킵니다.래브러폼 수영은 연속적으로 시작하고 멈추는 것으로 볼 수 있습니다.래브리스와 서프 횃대는 일반적인 래브리스 [22]수영선수이다.

수중익

표범상어는 가슴지느러미를 비스듬히 하여 동물의 피치를 조절하는 수중익처럼 행동한다.

수중익 또는 지느러미는 물을 밀어서 추력을 주는 정상적인 힘을 만들어내고, 물을 통해 동물을 밀어내는 데 사용됩니다.바다거북과 펭귄은 양력을 만들기 위해 짝을 이룬 수중익선을 두들겨 팼다.표범상어의 가슴지느러미와 같은 일부 쌍지느러미는 동물이 물기둥에서 상승, 하강 또는 수평을 유지할 수 있도록 다양한 각도로 각도를 설정할 수 있습니다.핀 표면적을 줄임으로써 항력을 최소화하고 효율을 높일 수 있습니다.동물의 크기에 관계없이, 특정 속도에서, 가능한 최대 상승은 (날개 면적) x (2속도)에 비례한다.돌고래와 고래는 큰 수평 꼬리 수중익선을 가지고 있는 반면, 많은 물고기와 상어는 수직 꼬리 수중익선을 가지고 있다.고래잡이(고래, 펭귄, 그리고 피니피드에서 볼 수 있음)는 빠르게 움직이면 에너지를 절약할 수 있습니다.항력은 속도에 따라 증가하므로 단위 거리를 수영하는 데 필요한 작업은 고속에서 더 커지지만 단위 거리를 점프하는 작업은 속도와 무관하다.바다표범은 꼬리로 물 속을 나아가는 반면 바다사자는 가슴 [19]지느러미만으로 밀어낸다.

드래그 파워 스위밍

가장 느리게 움직이는 물고기는 종종 암초에서 발견되는 해마이다.

모든 유체 속을 이동하는 것과 마찬가지로, 마찰은 유체의 분자가 유기체와 충돌할 때 발생합니다.그 충돌은 움직이는 물고기에 대한 항력을 유발하며, 이것이 많은 물고기들의 모양이 유선형인 이유이다.유선형 모양은 항력의 힘에 평행한 길쭉한 물체의 방향을 정함으로써 항력을 줄여주며, 따라서 전류가 지나가고 물고기의 끝부분이 점점 가늘어집니다.이 능률적인 모양은 에너지 이동의 보다 효율적인 사용을 가능하게 합니다.일부 납작한 모양의 물고기는 바닥면이 평평하고 윗면이 구부러짐으로써 압력 항력을 이용할 수 있다.생성된 압력 항력은 물고기를 [19]위로 끌어올릴 수 있게 해줍니다.

수생 생물의 부속물은 두 가지 주요 및 생체역학적 극한 메커니즘으로 그들을 추진시킨다.어떤 사람들은 부속물이 날개처럼 펄럭이는 것과 비교할 수 있는 리프트 동력 수영을 사용하고 부속물 표면의 항력을 줄여줍니다.다른 사람들은 드래그 파워드 스위밍을 이용하는데, 이는 수평면에서 노를 젓는 것과 비슷하거나 패러사지탈면에서 노를 젓는 것과 비슷하다.

드래그 스위머는 파워 스트로크로 물을 밀어내고 리턴 스트로크나 회복 스트로크에서는 다리를 앞으로 돌려주는 순환 동작을 사용합니다.물을 바로 뒤로 밀면 몸이 앞으로 이동하지만, 팔다리를 원위치로 되돌리면 물을 앞으로 밀어내 어느 정도 끌어당겨 몸이 향하는 방향과 반대된다.이 반대되는 힘을 드래그라고 합니다.리턴 스트로크 드래그(rag-stroke drag)는 드래그 수영선수들이 리프트 수영선수들과 다른 전략을 구사하게 만든다.효율을 최적화하려면 리턴 스트로크의 항력을 줄이는 것이 중요합니다.예를 들어, 오리들은 물을 뒤로 옮길 때 발바닥의 거미줄을 펴고 물 속을 노를 저으며, 발을 앞으로 돌려놓으면 앞으로 쏠리는 물의 양을 줄이기 위해 거미줄을 함께 당깁니다.물풍뎅이의 다리는 작은 털을 가지고 있는데, 이는 파워 스트로크 때 물을 잡아서 뒤로 이동시키기 위해 퍼져나갔지만, 리턴 스트로크 때 부속물이 앞으로 이동하면서 평평하게 누워 있다.또 물풍뎅이의 한쪽 다리는 다른 쪽보다 폭이 넓어 뒤로 밀 때 움직임에 대해 수직으로 유지되지만 다리가 앞으로 돌아오면 다리가 회전하기 때문에 얇은 쪽이 물을 [23]적게 받는다.

드래그 수영 선수는 최적의 속도에 영향을 미치는 저항으로 인해 수영에서 효율성이 저하됩니다.물고기의 항력이 줄어들수록 더 빠른 속도를 유지할 수 있을 것이다.물고기의 형태학은 몸의 능률화와 같이 항력을 줄이도록 설계될 수 있다.드래그 스위머는 수송비가 훨씬 비싸고, 최적의 속도에서 벗어날 때 드래그 스위머는 리프트 스위머보다 훨씬 더 힘이 든다.에너지 사용을 최적화하기 위한 자연적 과정이 있으며, 대사율의 조정은 기계적 [24]단점을 부분적으로 보완할 수 있다고 생각된다.

완전 수생 동물에 비해 반수생 동물은 항력의 악화를 보인다.물 밖에서 기능할 수 있도록 설계되어 있어 물속에서 도달 가능한 효율이 제한됩니다.수면에서 수영하는 물에서는 저항파 항력에 노출되며 수중 수영보다 비용이 더 많이 듭니다.수면 아래에서 수영하면 리턴 스트로크와 압력에 의한 저항에 노출되지만 주로 마찰이 발생합니다.마찰 항력은 유체 점도와 형태학적 특성에 기인합니다.압력 항력은 신체 주변의 수분 흐름의 차이로 인해 발생하며 신체 형태학에도 영향을 받습니다.반수생 생물은 어느 서식지에 특화되어 있지 않기 때문에 물 안이나 밖에서 저항력이 증가한다.예를 들어, 수달과 비버의 형태학은 두 환경의 요구를 모두 충족시켜야 한다.털은 능률을 떨어뜨리고 끌림을 증가시킵니다.오리너구리는 리프트 기반의 가슴 진동과 유사한 조정 메커니즘이 있는 것으로 나타났기 때문에 드래그 스위머와 리프트 스위머 사이의 중간을 보여주는 좋은 예가 될 수 있다.반수생 생물의 사지는 육지에서 사용하기 위해 남겨져 있고, 물 속에서 그것을 사용하는 것은 이동 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 항력 기반 [25]모드로 제한한다.비록 그들이 덜 효율적이지만, 드래그 수영선수들은 리프트 수영선수들보다 낮은 속도에서 더 많은 추진력을 낼 수 있다.그들은 또한 생성되는 [26]큰 추력 때문에 기동성에 더 좋은 것으로 생각된다.

양서류

일반 두꺼비(Bufo bufo) 수영

대부분의 양서류는 애벌레 상태를 가지고 있는데, 이는 앵무 모양의 움직임을 물려받으며, 물고기의 조상으로부터 좌우로 압축된 꼬리를 가지고 있습니다.대응하는 네발동물 성체 형태는 꼬리를 유지하는 아강인 우로델류에서도 때때로 수생이지만(그 꼬리는 수생 추진의 적합성을 상실한 살라만드라속과 같이) 대부분의 우로델류는 나중에 압축된 꼬리를 가지고 있다.또는 상당히 수생인 생명체가 강상운동에 [27]이용될 수 있습니다.

꼬리 없는 양서류(아강 아누라의 개구리와 두꺼비)의 대부분은 성체에서는 그다지 중요하지 않지만, 주로 수생인 상당한 소수에서 우리는 처음으로 꼬리 없는 네발동물 구조를 수생 추진에 적응시키는 문제에 직면한다.그들이 사용하는 모드는 물고기가 사용하는 모드와는 관련이 없습니다.유연한 뒷다리와 물갈퀴가 있는 발은 다리가 더 [27]잘 유선형이 되기 때문에 오히려 더 효율적으로 인간의 '가슴 스트로크' 다리 동작에 가까운 무언가를 실행한다.

파충류

나일악어(Crocodylus niloticus) 수영

수생 추진의 관점에서 볼 때, 고대 꼬리 양서류에서 렙틸리아강의 현생 구성원의 하강은 근본적으로 카랑 모양의 추진 모드에서 깊고 옆으로 압축된 꼬리를 사용하는 악어목(악어와 악어목)[27]의 경우에 가장 명백하다.

육지 뱀은 단면이 대략 원형이고 뒷부분이 점차 가늘어지는 '나쁜' 유체역학적 형태에도 불구하고, 필요할 때 앵글 모양의 추진력을 통해 매우 쉽게 헤엄친다(물고기 이동 #Anguiliform [27]참조).

셀로니아과(진짜 거북이)는 독수리보다 더 정확하게 새의 추진모드를 모방하는 높은 비율의 날개 모양의 앞다리를 발달시켜 네발동물이 헤엄치는 문제에 대한 아름다운 해결책을 찾아냈다.

얕은 물에 사는 미성숙한 하와이산 녹색 바다거북
매크로플레이타

지느러미 지느러미 이동

주요 기사:지느러미 지느러미 이동
전형적인 오타리이드 실과 전형적인 포키드 실의 비교 골격 해부학

바다거북과 같은 수생 파충류와 플리오사우로이드와 같은 멸종된 종들은 주로 물 속을 나아가기 위해 가슴지느러미를 사용하고 그들의 골반지느러미를 조종하기 위해 사용합니다.수영하는 동안 그들은 가슴 지느러미를 도르소 복부 운동으로 움직이며 앞으로 움직인다.수영하는 동안, 그들은 물기둥을 통한 저항을 줄이고 효율성을 높이기 위해 앞발 지느러미를 회전시킵니다.새로 부화한 바다 거북들은 모래에서 물로의 변화를 확인하는 것뿐만 아니라 바다에 대한 방향을 잡는 데 도움을 주는 몇 가지 행동 기술을 보여줍니다.부화체는 피치, 요 또는 롤링 방향으로 회전할 경우 가슴 또는 골반 지느러미로 보정하고 외양으로 방향을 전환하여 자신에게 작용하는 힘에 대항할 수 있습니다.

포유류 중 오타리드는 주로 앞지느러미를 이용해 앞지느러미로 헤엄치고, 포키드는 뒷지느러미를 옆으로 움직이며 물속으로 밀어낸다.

이스케이프 리액

로버링을 애니메이션으로 표현

바닷가재와 새우와 같은 일부 절지동물은 랍스터링 또는 카리도이드 탈출 반응으로 알려진 꼬리를 튕김으로써 빠르게 뒤로 나아갈 수 있습니다.

텔레오스트와 같은 다양한 물고기들 또한 포식자로부터 도망치기 위해 빠른 출발을 사용한다.빠른 시작은 물고기의 한쪽 근육이 수축되어 C자 모양으로 꼬이는 것이 특징이다.그 후 반대편에서 근육수축이 일어나 몸을 따라 물결치는 물결과 함께 물고기가 안정된 수영 상태에 들어갈 수 있게 된다.굽힘 동작의 힘은 물고기의 중앙 영역에 위치한 빠른 트위치 근육 섬유에서 나옵니다.이 수축을 하는 신호는 물고기의 [28]한쪽 근육에 동시에 신호를 보내는 마우트너 세포 세트로부터 옵니다.마우트너 세포는 무언가가 물고기를 놀라게 할 때 활성화되며 시각이나 소리에 기반한 자극에 의해[29] 활성화 될 수 있다.

패스트 스타트는 3단계로 나뉩니다.준비 스트로크라고 불리는 1단계는 유체역학적 저항에 의해 발생하는 약간의 지연과 함께 C자 모양으로 구부러지는 것이 특징이다.2단계인 추진성 뇌졸중은 여러 번 발생할 수 있는 다른 쪽으로 몸이 빠르게 구부러지는 것을 포함합니다.휴식 단계인 3단계는 물고기가 정상적인 정상상태의 수영으로 돌아오게 하고 몸의 기복이 멈추기 시작합니다.물고기의 중심부에 가까운 곳에 위치한 큰 근육은 꼬리의 근육보다 더 강하고 더 많은 힘을 발생시킨다.근육 구성의 이러한 비대칭성은 3단계에서 발생하는 신체 기복을 유발한다.일단 빠른 시작이 완료되면, 물고기의 위치는 어느 정도 예측 불가능한 것으로 나타났고,[29] 이것은 물고기가 포식자들로부터 생존하는데 도움을 준다.

차체가 구부러질 수 있는 속도는 각 차체 부위의 관성에 포함된 저항에 의해 제한됩니다.하지만, 이 관성은 물 반대 방향으로 만들어진 운동량의 결과로 물고기들이 추진력을 만드는 것을 돕는다.C-starts와 정상 상태 수영에서 생성된 전방 추진은 일반적으로 물고기의 몸이 물에 밀린 결과입니다.물결의 파도는 물고기를 앞으로 [30]밀어내는 데 필요한 전방 추력을 제공하는 물에 대한 후방 운동량을 생성한다.

효율성.

다음 항목도 참조하십시오.프루드 수

Froude 추진 효율은 전력 입력에 대한 전력 출력의 비율로 정의됩니다.

nf = 2U1 / (U1 + U2)

여기서 U1 = 자유 흐름 속도, U2 = 제트 속도이다.강형 추진의 좋은 효율은 50 ~80%[19]입니다.

드래그 최소화

압력 차이는 체내 흐름의 방해로 인해 헤엄치는 유기체의 경계층 밖에서 발생합니다.차체의 상하류 표면에서의 차이는 압력 드래그이며, 이는 물체에 하류 힘을 발생시킵니다.반면 마찰 항력은 경계층에서의 유체 점도의 결과입니다.난류가 높을수록 마찰 [18]항력이 커집니다.

레이놀즈 수(Re)는 유동 중 관성력과 점성력(동물 길이 x 동물 속도)/유체의 운동학적 점도 사이의 관계를 측정한 값이다.경계층이 분리되어 웨이크가 발생하는 높은 Re값에서 난류류를 구할 수 있으며, 경계층 분리가 지연되면 낮은 Re값에서 층류량을 구할 수 있어 반대되는 [31]수운동량에 대한 웨이크 및 운동에너지 손실을 줄일 수 있다.

헤엄치는 유기체의 체형이 결과적으로 항력에 영향을 미친다.길고 가느다란 몸은 능률화함으로써 압력 항력을 감소시키는 반면 짧고 둥근 몸은 마찰 항력을 감소시킨다. 따라서 유기체의 최적의 모양은 틈새에 달려 있다.방추 모양의 유영 생물은 압력과 마찰 [31]항력이 가장 크게 감소하기 쉽다.

날개 모양은 또한 다른 뇌졸중 방법과 마찬가지로 유기체가 경험하는 항력의 양에 영향을 미치며, 뇌졸중 전 위치의 회복은 항력의 축적을 초래한다.

고속 램 통풍은 유기체의 몸을 따라 아가미에서 물의 층을 형성합니다.

유기체의 신체 표면을 따라 점액이 분비되거나 속도 구배에 긴 사슬의 고분자를 추가하는 것은 유기체가 경험하는 마찰 항력을 줄일 수 있습니다.

부력

많은 수중/해양 생물들은 그들의 무게를 보상하고 물속에서의 부력을 조절하기 위해 장기를 개발해왔다.이 구조들은 그들의 몸의 밀도를 주변 물의 밀도와 매우 가깝게 만듭니다.사이포노포어와 같은 몇몇 수생동물들은 가스가 가득한 부유물을 가지고 있다; 노틸러스, 세피아, 그리고 스피룰라는 껍데기 안에 가스실을 가지고 있다; 그리고 대부분의 텔레오스트 피쉬와 많은 랜턴 피쉬들은 헤엄치는 방파제를 가지고 있다.많은 수생 및 해양 생물들은 또한 저밀도 물질로 구성될 수 있다.수중 방광이 없는 심해성 텔레오스트는 지질과 단백질이 거의 없고 뼈는 깊게 골화되어 있으며 부력을 유지하는 수분이 많은 조직을 가지고 있다.어떤 상어들의 간은 [19]부력을 제공하는 탄화수소 스쿠알렌이나 왁스 에스테르와 같은 저밀도 지질로 구성되어 있습니다.

물보다 밀도가 높은 수영 동물들은 양력을 발생시키거나 해저 생활 방식을 적응시켜야 한다.침몰을 방지하기 위해서는 유체역학적 양력을 발생시키기 위한 물고기의 움직임이 필요하다.종종, 그들의 몸은 납작한 몸을 가진 물고기들에게 더 효과적인 작업인 수중익선 역할을 한다.작은 기울기 각도에서, 편평한 물고기의 리프트는 좁은 몸을 가진 물고기의 리프트보다 더 크다.몸이 좁은 물고기는 지느러미를 수중익으로 사용하며 몸은 수평으로 유지된다.상어의 꼬리 모양은 상어를 앞으로 밀면서 위쪽으로 반작용하는 반작용을 일으키면서 물을 아래로 밀어낸다.발생하는 리프트는 가슴 핀과 상향 각도 차체 위치 조정에 의해 보조됩니다.참치는 주로 가슴지느러미를 [19]양력을 위해 사용하는 것으로 추정된다.

부력 유지비는 신진대사 비용이 많이 든다.부력 기관을 키우고 유지하며, 생물학적 구성을 조절하고, 움직임을 유지하기 위해 신체적인 무리를 가하는 것은 많은 양의 에너지를 필요로 합니다.리프트는 [19]비행기에서 계속 수영하는 대신 "클라이브 앤 글라이드" 모션으로 위아래로 수영함으로써 더 낮은 에너지 비용으로 물리적으로 생성될 수 있다.

온도

온도는 또한 수생 생물들이 물을 통해 이동하는 능력에 큰 영향을 미칠 수 있다.이것은 온도가 물의 특성뿐만 아니라 물 속의 유기체에도 영향을 미치기 때문인데, 이는 대부분 그들의 신체와 신진대사의 필요성에 특정한 이상적인 범위를 가지고 있기 때문이다.

온도가 10°C 상승할 때 속도가 증가하는 요인인 Q10(온도계수)은 유기체의 성능이 온도에 어떻게 의존하는지를 측정하는 데 사용된다.대부분은 물이 따뜻해짐에 따라 비율이 증가하지만, 일부는 이에 한계를 가지고 있고, 다른 이들은 내열이나 빠른 [32]근육의 조기 획득과 같은 그러한 효과를 바꿀 방법을 찾습니다.

예를 들어, Crocodylus porosus 또는 하구 악어는 수영 속도를 15°C에서 23°C로 증가시킨 후 최고 수영 속도를 23°C에서 33°C로 증가시키는 것으로 확인되었다.하지만, 온도가 그 지점을 넘어서면서 성능이 떨어지기 시작했고, 이 종이 이상적인 성능을 [33]발휘할 수 있는 온도 범위에 한계를 보였습니다.

잠수

수영하는 동안 물에 잠긴 동물의 몸이 많을수록 에너지를 덜 사용한다.수면에서 수영하는 것은 완전히 물에 잠겼을 때보다 두세 배의 에너지를 필요로 한다.이는 동물이 수영할 때 수면을 밀 때 전면에 형성되는 활 물결 때문에 추가적인 [34]항력이 생기기 때문이다.

이차 진화

물 위로 뛰어오르는 턱스트랩 펭귄
수영견

네발동물이 육지로 진화하면서 수영에 대한 자연적 적응을 잃은 반면, 많은 동물들은 수영하는 능력을 다시 진화시켰거나 완전히 수중 생활로 돌아갔습니다.

주로 또는 독점적으로 수생 동물들은 육상의 네발동물로부터 여러 번 재진화했다: 예를 들면, 도롱뇽, 바다거북, 어룡, 플레시오사우루스, 모사사우루스, 고래, 바다표범, 수달과 같은 해양 포유류, 그리고 펭귄과 같은 조류들이 있다.많은 종의 뱀들 또한 수생이고 그들의 삶 전체를 물 속에서 삽니다.무척추동물 중에는 수생생물이나 이동에 적응한 곤충종이 많다.수생 곤충의 예로는 잠자리 애벌레, 수상 보트맨, 잠수 딱정벌레가 있습니다.물거미도 있지만, 그들은 적절한 수영보다는 물속에서 이동하는 다른 방법을 선호하는 경향이 있다.

비록 주로 육상의 네발동물이 수영에 대한 적응력을 잃었지만, 수영하는 능력은 그들 중 많은 동물에서 보존되거나 다시 개발되었습니다.완전히 [citation needed]잃어버린 적은 없을 겁니다.

예를 들면: 어떤 종류의 개들은 레크리에이션으로 수영을 한다.세계 기록 보유자인 움브라는 73분에 4마일(6.4km)을 수영할 수 있어 인간 장거리 수영 [35]경기에서 상위 25% 안에 든다.낚시 고양이는 물속 또는 반수생 생활에 특별한 적응을 한 야생 고양이의 한 종류입니다. 물갈퀴가 달린 숫자입니다.호랑이와 일부 개개의 재규어는 사자를 포함한 다른 큰 고양이들이 수영하는 것을 관찰했지만, 물에 쉽게 들어가는 것으로 알려진 유일한 큰 고양이들이다.터키 밴과 같은 몇몇 국내 고양이 품종들도 수영을 좋아한다.

말, 무스, 고라니는 매우 강력한 수영선수이며 물 속에서 먼 거리를 여행할 수 있습니다.코끼리는 또한 깊은 물속에서도 수영을 할 수 있다.목격자들은 단봉낙타와 쌍봉낙타를 포함한 낙타가 자연 서식지에 깊은 물이 거의 없음에도 불구하고 수영을 [36]할 수 있다는 것을 확인했다.

집토끼와 야생토끼 모두 수영을 할 수 있다.집토끼들은 가끔 서커스 명소로 수영을 하도록 훈련받는다.야생 토끼가 자연 [37]서식지에서 위협을 받았을 때 미국 대통령 지미 카터의 보트에 대한 명백한 공격에서 헤엄친 것으로 알려져 있습니다.

기니피그는 뛰어난 수영 [38]능력을 가진 것으로 알려져 있다.쥐는 수영을 꽤 잘합니다.그들은 물에 넣으면 당황하지만, 많은 실험용 쥐들은 학습을 측정하기 위한 시험인 모리스 물 미로에서 사용된다.쥐는 수영을 할 때 꼬리를 편모처럼 사용하고 발로 찬다.

많은 뱀들도 수영을 잘합니다.덩치가 큰 아나콘다는 대부분의 시간을 물에서 보내고 육지에서 움직이는데 어려움을 겪습니다.

많은 원숭이들은 자연적으로 수영을 할 수 있고, 어떤 원숭이들은, 주둥이를 먹는 원숭이, 게를 먹는 마카크, 붉은 마카크처럼 규칙적으로 수영을 합니다.

인간 수영

주요 기사:인간 수영과 수영의 역사

수영은 선사시대부터 사람들 사이에서 알려져 왔다; 수영에 대한 최초의 기록은 약 7,000년 전의 석기 시대 그림으로 거슬러 올라간다.수영 경기는 1800년경 유럽에서 시작되었고 아테네에서 열린 최초의 근대 1896년 하계 올림픽의 일부였다. 비록 현대 종목과는 비교가 되지 않는 형태였다.1908년이 되어서야 국제수영연맹이 수영 [39]경기를 생산하기 위해 규정을 시행했다.

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