介质与基底：动物行动与浮力问题

介质与基底

大多数生物生活在水介质或空气介质里。水的密度较高，一部分比重与水相近的生物经常浮在水中，而比重高于水的就只能在水底上行动。在空气中，只有微生物可经常飘浮。所谓飞行生物只是它们的主要行动在空中，一方面它们要在飞行器官发育成熟后才能飞行，而且仅仅维持浮在空中也需要耗能，所以它们平时休息、产卵、育幼等等活动都要在地面上进行。因此除了浮在水中的动物外，大多数动物都要在基底（陆地及水底）上行动。此外还有少数比重轻于水的水生生物漂浮在空气与水的交界面上，另有一些地下动物生活于地下穴道中，一些底栖动物隐藏于泥沙中，不过后两者也常活动在地面或水底之上。

适应行动的需要，较高等的动物都呈两侧对称的体型，就行动方向而言有头尾之分，相对于重力方向则分为上下。而且较高等的动物都演化出专供行动的附肢如足、鳍、翼等，在基底上行动的动物借附肢支持和带动身体。附肢使动物的行动更加迅速和灵活，但也带来稳定性的问题，动物必须维持正确的姿势才能行动。浮在介质中行动的动物还存在一个浮力问题。无论是水生生物还是飞行动物的比重都比一般陆生动物轻。有的水生动物的骨骼无钙盐沉积（软骨鱼）或由几丁质构成（乌贼），有的水生动物体液中的较重离子如H＋及S2－等为较轻离子所代替。有的水生动物体内富含油脂等增加浮力的物质，例如，鲨鱼的肝特别大，肝中含有一种较大多数油脂为轻的鲨鱼脂。另一些水生动物则在体内特殊部位中储气，乌贼骨中全是微小的气室，其中充满气体，很多硬骨鱼则具有气鳔。全部软骨鱼及许多硬骨鱼是靠运动来产生升力。在飞行动物中，昆虫体小而轻，鸟类的钙质骨像乌贼骨一样具气室，但鸟的比重仍远大于空气。它们必须借助飞翼的运动保持足够升力。有时它们可以利用一定的地形和气候条件下的上升气流升空，但这只能作为一种辅助手段。此外，处于多变的水、气流中的水生及飞行动物还必须保持良好的平衡，因此他们要依靠种种平衡器官，如果蝇由后翼演化成的平衡棒和脊椎动物的前庭器官。(www.xing528.com)

动物向前行进，一方面要靠躯干或附肢与基底或介质相互作用以产生推进力，另一方面还要克服介质对前进的阻力。地面坚实，以足蹬地推进的效率最高，但在地下钻行阻力也最大。在水中前进阻力要比在土中小得多，但划水前进所获得的动力也要低得多。单细胞生物如草履虫可靠其表面的纤毛拨水前进，这是因为水有一定的黏性，微小的纤毛拨水类似以足蹬地，大量纤毛产生的推进力足以推动草履虫前进。但对于重量大得多的鱼类来说，水的黏性便远远不够，而要依靠水的惯性力，片状的鱼鳍把大量水拨向后方从而将本身反推向前方。水生动物的比重与水相近，故它们无需消耗多少能量以产生升力。但要飞翔，飞行动物便要既克服阻力又同时产生升力。空气的阻力最小，但因其密度过小故必须向后拨动大量空气才能产生足够的推进力。飞机的螺旋桨产生推力带动机身前进，在空气中前进的机翼则提供升力。动物的飞翼把两者结合在一起，同时产生推力和升力。此外，快速行进的水生动物和飞行动物都具有流线形的体型，以减少介质的阻力。