水中移動

水中移動または水泳は、液体媒体を通る生物学的推進運動です。最も単純な推進システムは、繊毛と鞭毛で構成されています。水泳は、節足動物、 魚類、軟体動物、両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類など、さまざまな生物で何度も進化してきました。

水泳は、無関係な系統で何度も進化した。クラゲの化石はエディアカラ紀に見られるが、自由遊泳する最初の動物はカンブリア紀初期から中期に出現する。これらは主に節足動物と関連があり、今日のイカを思わせるような側葉を使って泳いだアノマロカリス科が含まれる。頭足動物はカンブリア紀後期に活発に泳ぐ動物（ネクトン）の仲間入りを果たし、 ^[1]脊索動物はおそらくカンブリア紀初期から泳いでいた。^[2]多くの陸生動物は泳ぐ能力をいくらか保持しているが、中には水に戻り水中移動能力を発達させたものもいる。しかし、ほとんどの類人猿（人間を含む）は泳ぐ本能を失った。^[3]

2013年、ウィットウォータースランド大学人類進化研究所の研究員であるペドロ・レナート・ベンダーは、その本能の喪失を説明する理論を提唱した。サシ最終共通祖先仮説（水の障壁を越えられないブラジルの民間伝承の登場人物サシにちなんで）と呼ばれるこの理論では、類人猿の本能的な水泳能力の喪失は、類人猿の最終共通祖先が樹上生活に適応した際の制約の結果として最もよく説明できるとしている。^[4]ベンダーは、水にさらされるリスクがそこを渡る利点よりも明らかに高い場合、祖先の類人猿は深水域を避けるようになったと仮説した。 [4] その後、水域との接触が減少したことが、犬かき本能の消失につながった可能性がある。[ ^{4 ]}

微生物スイマーは、マイクロスイマーとも呼ばれ、液体または水中環境で移動する能力を持つ微小な存在です。^[5] 天然のマイクロスイマーは、細菌、古細菌、原生生物、精子、微小動物などの生物学的微生物として自然界のいたるところに見られます。

繊毛虫は、繊毛と呼ばれる小さな鞭毛を使って水中を移動する。繊毛虫 1 匹には通常、数百から数千の繊毛が密集して並んでいる。移動中、個々の繊毛は高摩擦のパワーストロークとそれに続く低摩擦の回復ストロークを使用して変形する。個々の生物には複数の繊毛が密集しているため、それらはメタクロナルリズムで集団行動を示す。つまり、1 つの繊毛の変形は隣接する繊毛の変形と同調しており、変形波が生物の表面に沿って伝播する。これらの伝播する繊毛波により、生物は繊毛を協調的に使用して移動することができる。繊毛微生物の典型的な例は、数千の繊毛に覆われた単細胞の繊毛原生動物であるゾウリムシである。繊毛が一緒に動くことで、ゾウリムシは毎秒 500 マイクロメートルの速度で水中を移動することができる。^[6]

細菌や動物の精子などの特定の生物は、液体環境で移動する方法を開発している鞭毛を持っています。回転モーターモデルは、細菌が鞭毛を動かすために電気化学的勾配の陽子を使用していることを示しています。細菌の鞭毛のトルクは、鞭毛の基部の周囲に陽子を伝導する粒子によって生成されます。細菌の鞭毛の回転方向は、鞭毛モーターの周囲に沿った陽子チャネルの占有率によって決まります。^[7]

精子の動きは精子運動と呼ばれます。哺乳類の精子の中央には、精子の鞭毛の動きを駆動するミトコンドリアが含まれています。基部の周りのモーターは、細菌が水性環境を移動する場合と同様にトルクを生成します。^[8]

仮足を使った運動は、細胞膜の一点における圧力の上昇によって実現される。この圧力上昇は、皮質と細胞膜の間のアクチン重合の結果である。圧力が上昇すると、細胞膜が外側に押し出され、仮足が形成される。仮足が外側に動くと、皮質の張力によって体の残りの部分が前方に引っ張られる。その結果、細胞は流体媒体中を移動する。さらに、運動の方向は走化性によって決定される。細胞膜の特定の領域で走化性誘引が起こると、アクチン重合が始まり、細胞をその方向に動かすことができる。^[9]仮足を利用する生物の優れた例は、ネグレリア・フォーレリである。^[10]

シンプルなアニメーション

ラジアータクラゲ類やその仲間の主な泳ぎ方は、カップ状の体を曲げることです。クラゲはすべて自由泳ぎしますが、その多くはほとんどの時間を受動的に泳いで過ごします。受動的泳ぎは滑空に似ています。生物は、可能な場合は流れを利用して浮かび、位置や動きを制御するためにエネルギーを費やしません。対照的に、能動的泳ぎでは、目的の場所に移動するためにエネルギーを消費します。

左右相称動物には、泳ぎ方がたくさんあります。ヤムシ(毛顎動物) は、魚類と違って、ひれのある体を波打たせて泳ぎます。線虫は、ひれのない体を波打たせて泳ぎます。節足動物のグループの中には、多くの甲殻類を含め、泳ぐことができるものもあります。エビなどのほとんどの甲殻類は、通常、特殊な遊泳脚 ( 腹足類 ) でパドルを漕いで泳ぎます。ワニは、歩行脚が変化した足 (歩脚類) で泳ぎます。甲殻類のミジンコは、触角を羽ばたかせて泳ぎます。

遊泳性軟体動物にもさまざまな形態がある。シーエンジェルなど、自由に泳ぐウミウシの多くは、ひれのような構造物をパタパタと動かす。ホタテガイなどの殻を持つ軟体動物の中には、 2つの殻をパタパタと開いたり閉じたりすることで短時間泳ぐことができるものもある。遊泳に最も進化した軟体動物は頭足動物である。紫色のウミカタツムリは、両親媒性ムチンによって安定化された浮力のある泡のいかだを利用して海面に浮かぶ。^{[11] [12]}

後口類にも、泳ぐ動物は数多くいる。ヒトデは多くの腕を波打たせて泳ぐことができる。サルパはゼラチン質の体から水を汲み出して移動する。泳ぐために最も進化した後口類は、脊椎動物、特に魚類に見られる。

ジェット推進は、動物が筋肉の空洞に水を満たし、水を噴出させて、噴出する水と反対方向に進む水中移動の方法である。ほとんどの生物は、ジェット推進の 2 つの設計のうちの 1 つを備えている。クラゲのように後ろから水を吸い込んで後ろから吐き出すか、サルパのように前から水を吸い込んで後ろから吐き出すことができる。空洞に水を満たすと、動物の質量と抗力の両方が増加する。収縮する空洞の広がりにより、動物が水中を移動するときに速度が変動し、水を吐き出すときは加速し、水を吸い込むときは減速する。ジェット推進サイクルの周波数が十分に高ければ、抗力と質量のこれらの変動は無視できるが、ジェット推進は水中移動方法としては比較的非効率である。

頭足動物はすべてジェット推進で移動できるが、これは魚類が使用する尾の推進と比較すると非常にエネルギーを消費する移動方法である。^[13]ジェット推進の相対的な効率は、動物が大きくなるにつれてさらに低下する。古生代以降、魚類との競争により効率的な運動が生き残るために不可欠な環境が生まれたため、ジェット推進は後退し、ヒレと触手が一定の速度を維持するために使用されるようになった。^[14] しかし、ジェットによるストップアンドスタート運動は、特に獲物を捕らえたり捕食者を避けたりするときなど、高速の爆発をもたらすために引き続き有用である。^[14]実際、そのおかげで頭足動物は最速の海洋無脊椎動物となり、^{[15] : 序文}ほとんどの魚類よりも加速することができる。^[16]酸素を含んだ水は鰓の外套腔に取り込まれ、この腔の筋肉収縮により、使用された水は外套腔の襞によって作られた下層膜から排出される。頭足動物の動きは通常、水が下層膜を通して前方に押し出されるため後方に向かうが、方向を変えることで方向をある程度制御することができる。 ^[17]ほとんどの頭足動物は浮く（つまり、中性浮力である）ため、浮かんでいるために泳ぐ必要はない。^[13]イカは魚よりもゆっくりと泳ぐが、スピードを出すためにより多くの力を消費する。効率の低下は、イカが外套腔から加速できる水の量による。^[18]

クラゲは、ジェット推進の連続サイクルの段階とそれに続く休止段階を生成する一方向の水腔設計を使用します。フルード効率は約 0.09 で、これは非常にコストのかかる移動方法であることを示しています。クラゲの移動の代謝コストは、同じ質量の魚と比較すると高くなります。

他のジェット推進動物にも、効率の点で同様の問題がある。クラゲと似た構造を持つホタテガイは、殻を素早く開閉することであらゆる方向から水を吸い込み、吐き出すことで泳ぐ。この運動はヒトデなどの捕食者から逃れる手段として使われる。その後、殻は水中翼のように機能し、ホタテガイが沈もうとする傾向に対抗する。この種の運動のフルード効率は約0.3と低いため、捕食者からの緊急逃走手段として使われる。しかし、ホタテガイが行う作業量は、この二枚貝の2つの殻を連結する弾性ヒンジによって軽減される。イカは、水を外套腔に吸い込み、サイフォンを通じて吐き出すことで泳ぐ。そのジェット推進システムのフルード効率は約0.29で、同じ質量の魚よりもはるかに低い。

ホタテ貝の筋肉が殻を閉じるために行う仕事の多くは、殻を開くバネのような働きをする外転組織に弾性エネルギーとして蓄えられる。水が入り込む大きな開口部と水が出ていく小さな開口部があるため、弾性があるために水に対して行われる仕事は少なくなる。ホタテ貝のジェット推進の慣性仕事も低い。慣性仕事が低いため、弾性組織によって生み出されるエネルギー節約は非常に小さく、無視できるほどである。クラゲは、弾性のある中分泌膜を使ってベルを大きくすることもできる。その外套膜には、弾性繊維に挟まれた筋肉の層がある。筋肉繊維はベルの周囲を周回しており、弾性繊維は筋肉の中とベルの側面に沿って走っており、ベルが長くなるのを防いでいる。1 回の収縮の後、ベルは共鳴周波数で受動的に振動して、ベルを補充する。しかし、ホタテガイとは対照的に、クラゲが水を低速で大きな開口部から排出する方法により、慣性仕事は流体力学的仕事に似ています。このため、振動空洞によって生成される負圧はジェットの正圧よりも低く、外套膜の慣性仕事は小さいことを意味します。したがって、ジェット推進は非効率的な遊泳技術であることが示されています。^[18]

多くの魚は、体を波打たせたり、ひれを振動させたりして水中を泳ぎます。波打つことで、後方への力、エネルギーの無駄な部分である横方向の力、前方への力と横方向の力の間にある垂直方向の力によって補完される前方への推進力の要素が生まれます。魚によって、体のさまざまな部分を波打たせて泳ぎます。ウナギのような形をした魚は、体全体をリズミカルなシーケンスで波打たせます。サケなどの流線型の魚は、体の尾の部分を波打たせます。サメなどの一部の魚は、硬くて強いひれを使って動的な揚力を生み出し、推進します。魚が複数の推進方法を使うことはよくありますが、1つの主要な泳ぎ方を示します^[19] 歩様の変化は、さまざまなサイズのサンゴ礁の幼魚でも観察されています。魚は、必要に応じて、同期したひれの拍動と交互のひれの拍動を素早く切り替えることができます。^[20]

2009年のギネス世界記録によると、ヒッポカンパス・ゾステラ（小型タツノオトシゴ）は最も動きの遅い魚で、最高時速は約5フィート（150センチメートル）です。^{[21]彼らの泳ぎは非常に下手で、}背びれを素早くバタバタと動かし、胸びれ（目の後ろにある）を使って方向転換します。タツノオトシゴには尾びれがありません。

• ウナギ類: ウナギ類は一般的に泳ぎが遅い魚です。体の大部分を波打たせ、頭を荷物を運ぶ支点として使います。波打つ間、体の振幅は 0.5～1.0 波長です。体を動かす振幅によって、ウナギ類は後ろ向きに泳ぐことができます。ウナギ類の運動は、ウナギ、ヤツメウナギ、リュウグウノツカイ、ナマズ類など、細長い体を持つ魚によく見られます。
• 亜カランギ形、カランギ形、サメ形: これらの魚は体の後半部分を波打たせ、ウナギ形の魚よりもはるかに速い。泳いでいる間はいつでも、体の波打つパターンに波長 1 未満が見られる。カランギ形の魚には、コザメ、タマザメ、メジロザメなどが含まれる。サメ形は非常に速く、一般的なサメ形にはマグロ、ホオジロザメ、サケ、ジャック、アオザメなどが含まれる^[要出典]。サメ形は高アスペクト比の尾びれだけを波打たせるため、通常は非常に硬く、より多くの水を押しのけることができる。
• 甲殻類：甲殻類は尾部を振動させるため、比較的ゆっくりと泳ぐことができます。ハコフグ、ウナギエイ、アカエイは甲殻類による運動をします。カワハギは水柱の中でホバリングするために甲殻類による運動をします。^[22]

• テトラオドンフォーム、バリスティフォーム、ディオドンフォーム: これらの魚は中央の鰭を振動させて泳ぎます。通常、泳ぐのが遅く、注目すべき例としてはマンボウ(臀鰭と背鰭が極端に変化している)、フグ、モンガラカワハギなどがあります。
• ラジフォーム、アミフォーム、ジムノティフォーム: この運動モードは、胸鰭と中鰭の波動によって行われます。波動パターン中、鰭に波長 >1 が見られます。通常、低速から中程度の速度で泳ぎ、エイ、ボウフィン、ナイフフィッシュなどがその例です。ブラックゴーストナイフフィッシュは、非常に長い腹側のリボン鰭を持つジムノティフォームの泳ぎ手です。体は固いまま、リボン鰭に波を伝わらせることで推進力を生み出します。これにより、ゴーストナイフフィッシュは逆方向に泳ぐこともできます。
• ラブライフォーム：ラブライフォームの魚も泳ぎが遅い。彼らは推進力を得るために胸鰭を振動させる。振動する鰭は、鰭の後縁から渦が放出されると推進力を生み出す。翼が渦から離れると、その渦の影響は減少するが、束縛された循環は残り、揚力を生み出す。ラブライフォームの泳ぎは、継続的に開始と停止を繰り返すとみなすことができる。ベラ類やウミガラスはラブライフォームの一般的な魚である。^[22]

水中翼、またはひれは、水を押すことで垂直方向の力を生み出し、動物が水中を進むための推進力となる。ウミガメやペンギンは、一対の水中翼を羽ばたいて揚力を生み出す。ヒョウザメの胸びれなど、一部の一対のひれは、さまざまな角度に傾けることができ、動物が水柱内で上昇、下降、または水位を維持できるようにする。ひれの表面積を小さくすると抗力が最小限に抑えられ、効率が向上する。動物の大きさに関係なく、特定の速度では、最大可能揚力は (翼面積) x (速度) ²に比例する。イルカやクジラは、水平方向の尾部の水中翼が大きく、多くの魚やサメは垂直方向の尾部の水中翼がある。ネズミイルカのような動きをする動物 (クジラ目、ペンギン、鰭脚類) は、速く動いている場合にはエネルギーを節約する可能性がある。抵抗は速度とともに増加するため、単位距離を泳ぐために必要な仕事は速度が速いほど大きくなりますが、単位距離を跳躍するために必要な仕事は速度とは無関係です。アザラシは尾を使って水中を進みますが、アシカは胸鰭だけで推進力を生み出します。^[19]

あらゆる流体中を移動するときと同様に、流体の分子が生物と衝突すると摩擦が生じます。衝突により移動する魚に対して抗力が生じるため、多くの魚は流線型の形状をしています。流線型の形状は、細長い物体を抗力と平行に向けることで抗力を軽減し、流れが魚の端を通過して先細りになるようにします。この流線型の形状により、エネルギー移動をより効率的に使用できます。平らな形の魚の中には、底面が平らで上面が湾曲しているものがあり、圧力抗力を利用できます。圧力抗力が発生すると、魚は上向きに揚力を得られます。^[19]

水生生物の付属肢は、2 つの主な、そして生体力学的に極端なメカニズムで推進力を発揮します。一部の生物は揚力で泳ぎますが、これは付属肢が翼のように羽ばたき、付属肢の表面の抵抗を減らすため、飛行に例えることができます。他の生物は抗力で泳ぎますが、これは水平面での動きでボートを漕ぐオール、または矢状面での動きでパドリングに例えることができます。

ドラッグスイマーは、パワーストロークで水を押し戻し、リターンまたはリカバリーストロークで手足を前方に戻すという周期的な動きをします。水を真後ろに押すと体が前方に移動しますが、手足をスタート位置に戻すときに水を前方に押し出すため、手足はある程度後ろに引っ張られ、体が進む方向と反対になります。この反対の力がドラッグと呼ばれます。リターンストロークのドラッグにより、ドラッグスイマーはリフトスイマーとは異なる戦略を採用します。リターンストロークのドラッグを減らすことは、効率を最適化するために不可欠です。たとえば、アヒルは水を後方に移動させるときに足の水かきを広げて水中を泳ぎ、次に足を前方に戻すときに水かきを引き寄せて、その後の前方への水の引っ張りを減らします。水生甲虫の脚には小さな毛があり、パワーストロークでは広がって水をキャッチして後方に移動しますが、リターンストロークで手足が前方に移動するときは平らになります。また、ミズコガネの脚の片側は他よりも幅が広く、後方に押すときに動きに対して垂直に保たれますが、脚が前方に戻るときに脚が回転するため、細い側が捕らえる水が少なくなります。^[23]

抗力泳者は、最適速度に影響する抵抗により、泳ぐ効率が低下します。魚が受ける抗力が少なければ少ないほど、より速い速度を維持できます。魚の形態は、体を流線型にするなど、抗力を減らすように設計できます。抗力泳者の輸送コストははるかに高く、最適速度から外れると、抗力泳者は揚力泳者よりもはるかにエネルギー的に負担がかかります。エネルギー使用を最適化するための自然なプロセスがあり、代謝率の調整により、機械的な欠点を部分的に補うことができると考えられています。^[24]

半水生動物は、完全な水生動物と比較して、抵抗が悪化します。水外で機能できるように設計されているため、水中で達成できる効率が制限されます。水中で水面を泳ぐと、抵抗波抵抗にさらされ、水中で泳ぐよりもコストが高くなります。水面下で泳ぐと、往復ストロークと圧力による抵抗にさらされますが、主に摩擦によるものです。摩擦抵抗は、流体の粘性と形態特性によるものです。圧力抵抗は、体の周りの水の流れの違いによるもので、体の形態によっても影響を受けます。半水生生物は、どちらの生息地にも特化していないため、水中または水外にいるときに抵抗力が増大します。たとえば、カワウソやビーバーの形態は、両方の環境のニーズを満たす必要があります。毛皮は流線型を減少させ、追加の抵抗を生み出します。カモノハシは、揚力に基づく胸筋の振動に似た漕ぎのメカニズムを持っていることが示されているため、抗力と揚力の中間の泳ぎ手の良い例かもしれません。半水生生物の四肢は陸上で使用するために残されており、水中で使用すると移動コストが増加するだけでなく、抗力ベースのモードに制限されます。^[25] 抗力スイマーは効率は低いですが、低速で揚力スイマーよりも大きな推力を生み出すことができます。また、大きな推力を生み出すため、操縦性も優れていると考えられています。^[26]

両生類のほとんどは幼生期にウナギ状の運動とそれに伴う横方向に圧縮された尾を魚類の祖先から受け継いでいる。対応する四肢動物の成体は、尾を保持する亜綱有尾類であっても、ごくわずかな程度しか水生ではないことがある（ 尾が水中での推進力として適さなくなったサラマンダー属など）が、イモリからオオサンショウウオのメガロバトラクスに至るまで、有尾類の大多数は、横方向に圧縮された尾を保持しており、かなりの程度まで水生生活を送っており、カランギ状の運動に使用できる。^[27]

尾のない両生類（無尾亜綱のカエルとヒキガエル）の大部分は成体になってもほとんど水生ではないが、主に水生であるかなりの少数の種では、尾のない四肢動物の構造を水中推進に適応させるという問題に初めて直面する。彼らが使用するモードは、魚が使用するモードとは無関係である。彼らは柔軟な後ろ足と水かきのある足で、人間の「平泳ぎ」の脚の動きに近いものを実行し、脚がより流線型になっているため、より効率的である。^[27]

水中での推進力という観点から見ると、爬虫類の現代種が古代の尾を持つ両生類から派生したことは、ワニ目（ワニとアリゲーター）の場合に最も明白である。ワニ目は、深く横方向に圧縮された尾を、本質的にカランギ状の推進力として使用している（魚類の運動#カランギ状を参照）。^[27]

陸生のヘビは、ほぼ円形の断面と徐々に後端が細くなるという「悪い」流体力学的形状にもかかわらず、必要に応じてウナギ状の推進力によってかなり容易に泳ぐことができる（魚類の運動#ウナギ状を参照）。^[27]

カメ科（ウミガメ）は、前肢を高アスペクト比の翼形状のひれに発達させることで四肢動物の遊泳の問題に対する解決策を見つけ、これによりトビエイ自身よりも正確に鳥の推進モードを模倣している。^[要出典]

ウミガメ（カメも参照）やプリオサウルス上科のような絶滅種などの水生爬虫類は、主に胸びれを使って水中を進み、腹びれを使って機動する。泳ぐ際、胸びれを背腹方向に動かして前進する。泳ぐ際、前びれを回転させて水柱の抵抗を減らし、効率を上げる。孵化したばかりのウミガメは、砂から水への移行を識別するだけでなく、海に向かって方向を定めるのに役立ついくつかの行動スキルを示す。ピッチ、ヨー、ロールの方向に回転した場合、孵化したばかりの子ガメは、胸びれまたは腹びれのいずれかで修正して外洋の方向に方向を変えることで、作用する力に対抗することができる。

哺乳類のうち、オットセイ科（オットセイ）は主に前ひれを使って泳ぎ、後ろひれを使って方向転換します。一方、アザラシ科（アザラシ）は後ろひれを横方向に動かして、水中を進みます。

ロブスターやエビなどの一部の節足動物は、尾を振って素早く後方に進むことができます。これはロブスター化反応またはカリドイド逃避反応として知られています。

硬骨魚類などの魚類の種類も、捕食者から逃れるために素早い動きをします。素早い動きは、魚の片側の筋肉が収縮して魚をCの字型にねじるのが特徴です。その後、反対側の筋肉が収縮して、魚は波のように体を揺らしながら安定した泳ぎの状態になります。曲げる動きの力は、魚の中央部にある速筋線維から生まれます。この収縮を行うための信号は、一組のマウスナー細胞から発せられ、同時に魚の片側の筋肉に信号を送ります。^{[28]マウスナー細胞は、何かが魚を驚かせたときに活性化し、視覚[29]}または音に基づく刺激 によって活性化されることがあります。

ファストスタートは3つの段階に分かれている。第1段階は準備ストロークと呼ばれ、流体抵抗によるわずかな遅延を伴い、最初にC字型に曲がるのが特徴です。第2段階は推進ストロークと呼ばれ、体が急速に反対側に曲がり、これが複数回発生する場合があります。第3段階は休息段階で、魚は通常の定常泳ぎに戻り、体の波動は止まり始めます。魚の中心部に近い大きな筋肉は、尾の筋肉よりも強く、より大きな力を生み出します。筋肉構成のこの非対称性が、第3段階で発生する体の波動を引き起こします。ファストスタートが完了すると、魚の位置はある程度予測不可能であることが示されており、これは魚が捕食者から生き残るのに役立ちます。^[29]

体が曲がる速度は、各体の慣性抵抗によって制限されます。しかし、この慣性は、水に対して生み出される運動量の結果として、魚が推進力を生み出すのに役立ちます。Cスタートや一般的な定常泳ぎから生み出される前進推進力は、魚の体が水を押す結果です。うねりの波は水に対して後方への運動量を生み出し、魚を前進させるのに必要な前進推進力を提供します。^[30]

フルード推進効率は、出力と入力の比率として定義されます。

nf = 2 U ₁ / ( U ₁ + U ₂ )

ここで、U1 = 自由流速度、U2 = ジェット速度。カランギフォーム推進の効率は50〜80％です。^[19]

遊泳生物の境界層の外側では、体の周囲の流れが乱れるため、圧力差が発生します。体の上流と下流の表面の差が圧力抵抗となり、物体に下流の力がかかります。一方、摩擦抵抗は境界層内の流体の粘性によって生じます。乱流が激しいほど、摩擦抵抗も大きくなります。^[18]

レイノルズ数（Re）は、流れにおける慣性力と粘性力の関係を測る尺度です（（動物の長さ×動物の速度）/流体の動粘性）。Re値が高いほど乱流となり、境界層が分離して後流が発生します。Re値が低いほど層流となり、境界層の分離が遅れ、後流と運動エネルギーの損失が水の反対方向の運動量に減少します。^[31]

遊泳生物の体型は、結果として生じる抵抗に影響します。細長い体は流線型にすることで圧力抵抗を減らし、短く丸い体は摩擦抵抗を減らします。したがって、生物の最適な形状はそのニッチによって異なります。紡錘形の遊泳生物は、圧力と摩擦抵抗の両方が最も減少する可能性があります。^[31]

翼の形状は生物が受ける抗力の量にも影響を及ぼし、ストロークの方法によって、ストローク前の位置に戻ると抗力が蓄積されます。

高速ラム換気により、鰓から生物の体に沿って水の層流が生成されます。

生物の体表面に沿って粘液を分泌したり、速度勾配に長鎖ポリマーを追加したりすることで、生物が受ける摩擦抵抗を減らすことができます。

多くの水生/海洋生物は、重量を補い、水中での浮力を制御する器官を発達させています。これらの構造により、生物の体の密度は周囲の水の密度に非常に近くなります。一部のヒドロ虫類、例えばクサビキ類はガスを充填した浮き輪を持ち、オウムガイ、セピア、スピララ（頭足動物）は殻の中にガス室を持ち、ほとんどの硬骨魚類と多くのヤツメウオ（ハダカグモ科）は浮き袋を備えています。多くの水生生物や海洋生物も、低密度物質で構成されている可能性があります。深海に生息する硬骨魚類は浮き袋を持たず、脂質とタンパク質が少なく、深く骨化し、浮力を維持する水組織を持っています。一部のサメの肝臓は、炭化水素スクアレンやワックスエステル（浮袋を持たないハダカにも見られる）などの低密度脂質で構成されており、浮力をもたらします。 ^[19]

水よりも密度が高い遊泳動物は、揚力を発生させるか、底生生活に適応する必要がある。魚が動いて流体力学的揚力を発生させることは、沈没を防ぐために必要である。多くの場合、魚の体は水中翼として機能し、これは平たい体の魚の方が効果的である。傾斜角が小さい場合、平たい体の魚の揚力は、体の細い魚よりも大きい。体の細い魚は、体を水平に保ったまま、鰭を水中翼として使う。サメの場合、異尾翼状の尾が水を下方に押し下げ、サメを前方に押し出すと同時に、反対方向の上向きの力を生み出す。発生する揚力は、胸鰭と上向きの体勢によって補助される。マグロは主に胸鰭を揚力に使用していると考えられている。^[19]

浮力の維持は代謝的にコストがかかる。浮力器官を成長させて維持し、生物学的構成を調整し、運動を続けるために身体に負担をかけるには、大量のエネルギーが必要である。平面上で常に泳ぐよりも、上向きに泳ぎ、下向きに滑空する「上昇と滑空」運動によって、より低いエネルギーコストで物理的に揚力を生成できると提案されている。^[19]

温度は、水生生物が水中を移動する能力にも大きな影響を与えます。これは、温度が水の性質だけでなく、水中の生物にも影響を与えるためです。ほとんどの生物は、体や代謝のニーズに応じて理想的な温度範囲を持っています。

Q10（温度係数）は、温度が10℃上昇すると速度が増加する係数であり、生物のパフォーマンスが温度にどの程度依存しているかを測定するために使用されます。ほとんどの生物は水温が上昇するにつれて速度が増加しますが、これには限界があり、他の生物は内温性やより速い筋肉の早期動員など、そのような影響を変える方法を見つけます。^[32]

例えば、クロコダイルス・ポロサス（ Crocodylus porosus）は、15℃から23℃まで泳ぐ速度が上昇し、23℃から33℃まで泳ぐ速度がピークに達することがわかっています。しかし、その温度を超えるとパフォーマンスが低下し始め、この種が理想的にパフォーマンスを発揮できる温度範囲に限界があることが示されました。^[33]

動物の泳ぐときに体の多くの部分が水中に沈めば沈むほど、消費するエネルギーは少なくなります。水面を泳ぐには、完全に水中に沈んでいるときよりも2～3倍のエネルギーが必要です。これは、動物が泳ぐときに水面を押すときに前方に形成される船首波が余分な抵抗を生み出すためです。^[34]

四肢動物は陸上に進化した際に泳ぐための自然な適応の多くを失いました が、その多くは泳ぐ能力を再進化させたり、完全に水中生活に戻ったりしています。

主にまたはもっぱら水生の動物は、陸生の四肢動物から何度も再進化しています。例としては、イモリなどの両生類、ワニ、ウミガメ、魚竜、プレシオサウルス、モササウルスなどの爬虫類、クジラ、アザラシ、カワウソなどの海洋哺乳類、ペンギンなどの鳥類があります。ヘビの多くの種も水生であり、一生を水中で過ごします。無脊椎動物の中には、水生生活と移動に適応した昆虫種が数多くいます。水生昆虫の例には、トンボの幼虫、ミズカブトムシ、ゲンゴロウなどがあります。水生クモもいますが、水中では泳ぐよりも他の移動方法を好む傾向があります。

例を挙げると、犬の中には趣味で泳ぐ種類もある。世界記録保持者のウンブラは4マイル（6.4 km）を73分で泳ぐことができ、人間の長距離水泳競技では上位25%に入る。^[35]スナドリネコは野生のネコ科動物の一種で、水生または半水生の生活に適応した特別な形態、つまり水かきのある指を発達させている。大型ネコ科動物の中で水に容易に入ることが知られているのはトラと一部のジャガーだけだが、ライオンなど他の大型ネコ科動物も泳ぐ姿が観察されている。飼い猫の品種の中には、トルコのヴァンなど泳ぐのが好きなものもいくつかある。

馬、ヘラジカ、ヘラジカは非常に力強い泳ぎ手であり、水中で長距離を移動することができます。ゾウも深い水の中でも泳ぐことができます。目撃者によると、ヒトコブラクダやフタコブラクダなどのラクダは、自然の生息地に深い水がほとんどないにもかかわらず、 ^[36]泳ぐことができることが確認されています。

飼いウサギも野生ウサギも泳ぐことができます。飼いウサギはサーカスの見世物として泳ぐ訓練を受けることがあります。野生ウサギは、自然の生息地で脅威にさらされた際に、ジミー・カーター米大統領のボートを攻撃したと思われる事件で有名です。 ^[37]

モルモット（またはケイビー）は優れた水泳能力を持つことで知られています。^[38] マウスはかなり上手に泳ぐことができます。マウスは水に入れられるとパニックになりますが、多くの実験用マウスは学習を測定するテストであるモリス水迷路で使用されます。マウスは泳ぐとき、尾を鞭毛のように使い、足で蹴ります。

多くのヘビは泳ぎも得意です。成体の大きなアナコンダはほとんどの時間を水中で過ごし、陸上での移動は困難です。

多くのサルは生まれつき泳ぐことができ、テングザル、カニクイザル、アカゲザルなど一部のサルは定期的に泳ぎます。

水泳は先史時代から人類に知られており、水泳に関する最も古い記録は7,000年前の石器時代の壁画にまで遡ります。競泳は1800年頃にヨーロッパで始まり、1896年にアテネで開催された最初の近代オリンピックの一部となりましたが、当時の競技とは比較できるものではありませんでした。国際水泳連盟が競泳競技を実施するための規則を施行したのは1908年になってからでした。^[39]