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ヒレは魚の体から突き出た可動式の付属器官で、水と相互作用して推進力と揚力を生み出し、魚の泳ぎを助けます。尾びれを除いて、魚のヒレは体軸骨格と直接関節でつながっておらず、筋肉と靭帯のみを介して体幹に付着しています。
魚の鰭は、異なる系統群間で内部構造が異なる非常に特徴的な解剖学的特徴です。条鰭類（条鰭綱）では、鰭は主に薄い鱗のない皮膚で覆われた広がった骨の棘または「鰭条」で構成され、折りたたみ扇子に似ています。肉鰭類（肉鰭綱）のシーラカンスや肺魚では、鰭は筋肉質の中心芽を基点とする短い鰭条で、関節のある付属肢骨格によって内部的に支えられています。軟骨魚類（軟骨魚類）と無顎魚類（無顎類）では、鰭は軟骨骨格によって支えられた肉質の「ひれ」です。淡水性の肉鰭類から進化した、主に陸生の系統群である四肢動物の四肢は、すべての顎魚の胸鰭と腹鰭に相同です。
魚の体のさまざまな位置にある鰭は、それぞれ異なる機能を果たし、正中矢状面にある不対鰭と、より外側に位置する対鰭の2つのグループに分けられます。不対鰭は主に、振動推進による直線加速の生成と方向安定性の提供に関連しています。一方、対鰭は、パドリング加速、減速、および旋回、浮上、潜水、回転のための差動推力または揚力の生成に使用されます。鰭は、泳ぐ以外の移動にも使用できます。たとえば、トビウオは胸鰭を使用して水面上を滑空し、カエルアンコウや多くの両生類（たとえばトビハゼ）は胸鰭および/または腹鰭を使用して這います。ヒレは他の目的にも使用できます。コバンザメやハゼは、表面に付着して「ヒッチハイク」するために吸盤状の背びれと腹びれを進化させました。オスのサメやカダヤシは、交尾中に精子を運ぶために、交尾器と呼ばれる変形した腹びれを使用します。オナガザメは尾びれを使って獲物を鞭打って気絶させます。オニダルマオコゼは、捕食者に対する防御として毒を注入する背びれの棘を持っています。アンコウは、背びれの最初の棘を釣り竿のように使って獲物を誘い込みます。モンガラカワハギは、サンゴの隙間に体を押し込み、ヒレの棘を使って体を固定することで捕食者を避けます。
鰭は対になっている場合と対になっていない場合がある。胸鰭と腹鰭は対になっているが、背鰭、臀鰭、尾鰭は対になっておらず、体の正中線（中央線）に沿って位置している。鰭の起始部とは、特定の鰭が体幹に挿入される最も前方の位置（「前縁
進化の過程で、特定の鰭のタイプは異なるニッチに適応するように変化することがあります。特定の種は進化の過程で特定の鰭を「失って」おり（例えば、メカジキや深海アンコウの腹鰭、モロコ科の尾鰭など）、逆に、一部の系統群では追加の対になっていない鰭を獲得している場合もあります（例えば、タラ科の追加の背鰭、脂鰭など）。一部の†棘鰭類（「棘のあるサメ」）では、胸鰭と腹鰭の間に1対以上の「中間」または「前腹鰭」棘が存在しますが、これらは鰭とは関連していません。
硬骨魚類（条鰭類と肉鰭類）は、硬骨魚類（または真骨類、陸生脊椎動物も含む）と呼ばれる分類群を形成します。硬骨魚類は主に骨でできた骨格を持ち、主に軟骨でできた骨格を持つ軟骨魚類（下記参照）とは対照的です（歯、鰭棘、歯状突起を除く）。
硬骨魚類は条鰭類と肉鰭類に分けられます。現存する魚類のほとんどは条鰭類で、3万種以上からなる非常に多様で豊富なグループです。これは現在存在する脊椎動物の中で最大の分類であり、種の50%以上を占めています。[ 18 ]遠い昔には肉鰭類は豊富でしたが、現在ではわずか8種しか存在しません。
硬骨魚類は、鰭棘をレピドトリキアまたは「条鰭」（鰭棘が広がる様子から）と呼んでいます。通常、浮き袋があり、これによって魚は体の相対密度を変化させて浮力を調整できるため、鰭を使って上下に泳ぐことなく沈んだり浮かんだりすることができます。[ 19 ] しかし、多くの魚類、特に肺魚類には浮き袋がなく、肺魚類は浮き袋を原始的な肺に進化させており、[ 20 ]陸生の近縁種である四足動物の肺と共通の進化起源を持っている可能性があります。[ 21 ] 硬骨魚類には、鰓を通して水を引き込む働きをする一対の鰓蓋もあり、これによって、前方に泳いで鰓を通して口に水を押し込む必要なく呼吸することができます。[ 19 ]
肉鰭類は、肉鰭類と呼ばれる硬骨魚類の綱を形成します。肉質で葉状の対になった鰭を持ち、一連の骨によって体と繋がっています。[ 22 ]肉鰭類の鰭は、それぞれが体から伸びる肉質の葉状の鱗状の柄の上に付いている点で、他のすべての魚の鰭とは異なります。胸鰭と腹鰭には、四肢動物の四肢に似た関節があります。これらの鰭は、デボン紀に最初の四肢動物の陸生脊椎動物（両生類）の脚に進化しました。肉鰭類はまた、ほとんどの条鰭類（一部の硬骨魚類を除く）の単一の背鰭とは異なり、別々の基部を持つ2つの背鰭を持っています。尾鰭は、異尾類（化石分類群のみ）または二尾類です。
シーラカンスは、現存する肉鰭類魚類の一種です。このグループの現存種である西インド洋シーラカンス（Latimeria chalumnae）とインドネシアシーラカンス（Latimeria menadoensis ）は、いずれもラティメリア属に属します。 シーラカンスは、約4億800万年前のデボン紀初期に現在の姿に進化したと考えられています。 [ 23 ]
シーラカンスの移動方法は、その種に特有のものである。シーラカンスは移動する際に、主に海流の上昇流や下降流、漂流を利用する。対になった鰭を使って水中での動きを安定させる。海底にいる間は、対になった鰭は移動には使われない。シーラカンスは尾鰭を使って推進力を生み出し、素早くスタートすることができる。鰭の数が多いため、シーラカンスは機動性が高く、水中ではほぼあらゆる方向に体を向けることができる。逆立ちしたり、腹を上にして泳いだりする姿も見られる。吻部器官が電気感覚を与え、障害物の周りを移動する際に役立っていると考えられている。[ 24 ]
ハイギョもまた、現生の肉鰭類魚類である。ハイギョはアフリカ（Protopterus）、オーストラリア（Neoceratodus）、南アメリカ（Lepidosiren ）に生息している。ハイギョはデボン紀に進化した。遺伝学的研究と古生物学的データは、ハイギョが陸生脊椎動物の最も近縁な現生種であることを裏付けている。[ 25 ]
肉鰭類では、鰭の配置や体型は比較的保守的である。しかし、化石記録には、アレンイプテルス、レベラトリックス、フォレイア、四肢動物など、異常な形態を示す例がいくつか存在する。
条鰭類は、条鰭綱と呼ばれる硬骨魚類の綱を形成します。鰭には棘条または軟条があります。鰭には棘条のみ、軟条のみ、または両方の組み合わせが存在する場合があります。[ a ] 両方が存在する場合、棘条は常に前方に位置します。棘条は一般的に硬く鋭利です。軟条は一般的に柔らかく、柔軟性があり、節があり、枝分かれしている場合があります。軟条のこの節構造が、棘条との主な違いです。棘条は特定の種では柔軟性がある場合もありますが、[ 27 ] : 3 節構造になることは決してありません。[ 28 ] [ 29 ] : 62–63
棘には様々な用途がある。ナマズ類では、棘は防御手段として用いられ、多くのナマズは棘を外側に向けて固定することができる。モンガラカワハギ類もまた、棘を使って岩の隙間に身を固定し、引き抜かれるのを防ぐ。
鰭条は通常骨で構成されているが、Cheirolepisなどの初期の硬骨魚類の鰭条には象牙質とエナメル質もあった。[ 30 ]鰭条は分節しており、円盤が積み重なったように見える。鰭条は皮膚の鱗から派生した可能性がある。[ 30 ]鰭条の形成の遺伝的基盤は、特定のタンパク質の生成をコードする遺伝子であると考えられている。四肢動物の肢が肉鰭類から進化したのは、これらのタンパク質の喪失と関係があると示唆されている。[ 31 ]
軟骨魚類は軟骨魚綱と呼ばれる魚類の分類群を形成します。軟骨魚類は骨ではなく軟骨でできた骨格を持っています。この分類群にはサメ、エイ、ギンザメなどが含まれます。
サメのヒレの骨格は細長く、毛髪や羽毛の角質ケラチンに似た弾性タンパク質のフィラメントである、柔らかく分節のない角質条（セラトトリキア）によって支えられています。 [ 32 ]元々、皮膚要素を含まない胸帯と骨盤帯はつながっていませんでした。後の形態では、肩甲烏口骨と恥骨坐骨骨が進化すると、各ヒレのペアが中央で腹側でつながるようになりました。エイでは、胸ヒレは頭部につながっており、非常に柔軟です。ほとんどのサメに見られる主な特徴の1つは、移動を助ける異尾です。[ 33 ]ほとんどのサメは8つのヒレを持っています。サメは、ヒレが尾を先に動かすことを許さないため、目の前の物体から漂うことしかできません。[ 34 ]
現代の軟骨魚類とは異なり、軟骨魚類の幹系統（例えば、†クリマティア類と†ディプラカンティス類）[ 35 ]は、胸鰭の皮膚板と対鰭に関連する皮膚棘を持っていた。これらの特徴を示す最古の種は、中国のシルル紀前期（アエロニアン期）の†棘魚類である† Fanjingshania renovata [ 36 ]である。Fanjingshaniaは、骨板に融合した皮膚鱗からなる複合胸鰭板と、完全に骨でできた鰭棘を持っている。背鰭に関連する鰭棘は、現存する軟骨魚類ではまれであるが、例えばHeterodontusやSqualusには存在する。背びれの棘は、† Hybodontiformes、† Ctenacanthiformes、† Xenacanthidaなど、多くの化石グループで典型的に発達している。 † Stethacanthusでは、最初の背びれの棘が変化し、棘ブラシ複合体を形成した。
ほとんどの魚類と同様に、サメの尾は推進力を生み出すため、速度と加速は尾の形状に依存します。サメの尾びれの形状は、異なる環境で進化してきたため、サメの種類によって大きく異なります。サメは異尾型の尾びれを持ち、背側部分が腹側部分よりも明らかに大きくなっています。これは、サメの脊柱が背側部分に伸びており、筋肉の付着面積が大きくなっているためです。これにより、負の浮力を持つ軟骨魚類であるサメは、より効率的に移動することができます。対照的に、ほとんどの硬骨魚類は同尾型の尾びれを持っています。[ 37 ]
イタチザメは大きな上葉を持ち、ゆっくりと巡航したり、急加速したりすることができます。イタチザメは多様な食性を支えるために、狩りの際に水中で容易に体をひねったり方向転換したりできなければなりませんが、サバやニシンなどの群れをなす魚を狩るネズミザメは、速く泳ぐ獲物に追いつくために大きな下葉を持っています。[ 18 ]他の尾部の適応は、サメが獲物をより直接的に捕らえるのに役立ちます。例えば、オナガザメは強力で細長い上葉を使って魚やイカを気絶させます。
一方、エイは推進のために拡大した胸鰭に頼っている。同様に拡大した胸鰭は、絶滅した†ペタロドント目（例：†ベランツェア、†ジャナッサ、†メナスピス）（ホロケファリ（ギンザメ類とその化石近縁種）に属する）や、†アクイロラムナ（サメ類）および†スクワティナクティス（スクワティナクティス目）に見られる。軟骨魚類の中にはウナギのような動きをするものもいる（例：クラミドセラクス、†スリナコセラケ、[ 38 ] †フォエボドゥス[ 39 ]） 。
国際動物愛護協会によると、毎年約1億匹のサメがヒレのために殺されており、これは「フカヒレ漁」として知られている。[ 40 ]ヒレを切り取られた後、傷つけられたサメは海に戻され、死ぬまで放置される。
アジアの一部の国では、フカヒレはフカヒレスープなどの珍味として食されています。[ 41 ]現在、サメの持続可能性と福祉に関する国際的な懸念により、世界中でフカヒレスープの消費と入手可能性に影響が出ています。[ 42 ]多くの国でフカヒレ漁は禁止されています。
翼型のヒレは動かすと推進力を生み出し、ヒレの揚力によって水や空気が動き、ヒレが反対方向に押し出されます。水生動物は水中でヒレを前後に動かすことで大きな推進力を得ます。多くの場合、尾びれが使われますが、一部の水生動物は胸びれから推進力を生み出します。[ 43 ]
キャビテーションは、負圧によって液体中に気泡（空洞）が形成され、それが急激に激しく崩壊するときに発生します。重大な損傷や摩耗を引き起こす可能性があります。[ 44 ]イルカやマグロなどの力強い遊泳をする海洋動物の尾びれにキャビテーションによる損傷が発生することがあります。キャビテーションは、周囲の水圧が比較的低い海面近くで発生しやすいです。イルカはより速く泳ぐ力があっても、尾びれでキャビテーションの気泡が崩壊すると痛みが強すぎるため、速度を制限しなければならない場合があります。[ 45 ]キャビテーションはマグロの速度も低下させますが、理由は異なります。イルカとは異なり、マグロは神経終末のない骨質のひれを持っているため、気泡を感じません。それでも、キャビテーションの気泡がひれの周りに蒸気膜を作り、速度を制限するため、より速く泳ぐことができません。マグロには、キャビテーションによる損傷と一致する病変が見つかっています。[ 45 ]
サバ科の魚（マグロ、サバ、カツオ）は特に泳ぎが上手い。体の後縁に沿って、鰭条のない、格納できない小さな鰭が並んでおり、小鰭と呼ばれている。これらの小鰭の機能については多くの憶測がなされてきた。2000年と2001年にNauenとLauderが行った研究では、「小鰭は定常遊泳中の局所的な流れに流体力学的効果をもたらす」こと、そして「最も後方の小鰭は、流れを発達中の尾の渦に方向転換させるように配置されており、これにより泳ぐサバの尾によって生み出される推力が増加する可能性がある」ことが示された。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]
魚は複数の鰭を使用するため、特定の鰭が他の鰭と流体力学的に相互作用する可能性がある。特に、尾鰭のすぐ上流にある鰭は、尾鰭の流体力学に直接影響を与える近接鰭である可能性がある。2011年、体積イメージング技術を使用した研究者は、「自由に泳ぐ魚によって生成される航跡構造の最初の瞬間的な3次元ビュー」を生成することができた。彼らは、「連続的な尾の拍動によって連鎖した渦輪が形成される」こと、そして「背鰭と臀鰭の航跡は、次の尾の拍動の時間枠内で尾鰭の航跡に急速に巻き込まれる」ことを発見した。[ 49 ]
いったん動きが確立されると、他のフィンを使用して動き自体を制御することができる。[ 43 ] [ 50 ]
サンゴ礁魚の体型は、外洋魚とは大きく異なることが多い。外洋魚は通常、水中を移動する際の摩擦を最小限に抑えるため、魚雷のように流線型で、スピードを重視した体型をしている。サンゴ礁魚は、サンゴ礁の比較的狭い空間と複雑な水中地形の中で活動する。そのため、直線速度よりも機動性が重要であり、サンゴ礁魚は、素早く方向転換する能力を最適化するような体型を発達させてきた。サンゴ礁の割れ目に身を隠したり、サンゴの頭の周りでかくれんぼをしたりすることで、捕食者を出し抜く。[ 54 ]チョウチョウウオ、スズメダイ、エンゼルフィッシュなど、多くのサンゴ礁魚の胸鰭と腹鰭は、ブレーキとして機能し、複雑な操縦を可能にするように進化してきた。[ 56 ]チョウチョウウオ、スズメダイ、エンゼルフィッシュなどの多くのサンゴ礁魚は、パンケーキのように深く横に扁平な体を進化させており、岩の割れ目に収まるようになっています。腹鰭と胸鰭は異なる進化を遂げており、扁平な体と連携して機動性を最適化しています。[ 54 ]フグ、カワハギ、ハコフグなどの一部の魚は、胸鰭に頼って泳ぎ、尾鰭はほとんど使いません。[ 56 ]
軟骨魚類（サメやエイ）のオス、および一部の卵胎生条鰭類のオスは、体内受精を可能にする生殖器官である交接器として機能するように変化した鰭を持っています。条鰭類では、これらはゴノポディアまたはアンドロポディアと呼ばれ、軟骨魚類では、クラスパーと呼ばれます。
ゴノポディアは、アナブレピ科とポエキリア科の一部の種の雄に見られます。ゴノポディアは、可動式の挿入器官として機能するように変化した肛門鰭であり、交尾中に雌に精子を注入するために使用されます。雄の肛門鰭の第3、第4、第5条は管状の構造を形成し、魚の精子がそこから放出されます。[ 59 ]交尾の準備が整うと、ゴノポディアは直立し、雌に向かって前方を向きます。雄はすぐに器官を雌の性器開口部に挿入し、鉤状の適応により雌を掴んで確実に受精させます。雌が静止したままで、パートナーがゴノポディアで排泄孔に接触すると、受精します。精子は雌の輸卵管に保存されます。これにより、雌は雄のさらなる助けなしにいつでも自力で受精することができます。一部の種では、ゴノポディアは体長の半分になることがあります。まれに、ヒレが長すぎて使えない場合もある。例えば、Xiphophorus helleriの「ライヤーテール」種などが挙げられる。ホルモン処理された雌は生殖器を発達させることがあるが、これらは繁殖には役に立たない。
同様の特徴を持つ同様の器官は他の魚類にも見られ、例えばヘミルハンフォドンやグーデ科のアンドロポディウム[ 60 ] 、あるいは条鰭類の胎生の最古の例として知られている中期三畳紀のサウリクティスのゴノポディウム[ 61 ]などがある。
交尾器は軟骨魚類の雄に見られる。交尾器は骨盤鰭の後部であり、挿入器官としても機能するように変化しており、交尾中に精子を雌の総排出腔に送り込むために使用される。サメの交尾行為は通常、特定の開口部から水管に水が入るように交尾器の1つを上げることを含む。その後、交尾器は総排出腔に挿入され、傘のように開いて位置を固定する。その後、水管が収縮し始め、水と精子を排出する。 [ 62 ] [ 63 ]
ヒレのその他の用途としては、海底を歩いたり止まったりすること、水面を滑るように移動すること、体温を下げること、獲物を気絶させること、ディスプレイ（捕食者を威嚇する、求愛行動）、防御（毒のあるヒレの棘、サンゴの間に挟まる）、獲物を誘い込むこと、付着構造などが挙げられる。
インド太平洋のバショウカジキは目立つ背びれを持っています。サバ科や他のカジキ類と同様に、泳ぐときは背びれを体の溝に引っ込めて流線型にします。[ 64 ]バショウカジキの巨大な背びれ、つまり帆は、ほとんどの場合引っ込められたままです。バショウカジキは、小魚の群れを誘導したいときや、おそらく体を冷やすために、活発に動いた後に背びれを上げます。[ 64 ] [ 65 ]
東洋のトビウオは大きな胸鰭を持ち、普段は体に沿って保持しているが、脅威を感じると胸鰭を広げて捕食者を威嚇する。その名前とは裏腹に、トビウオではなく底生魚であり、腹鰭を使って海底を歩く。[ 67 ] [ 68 ]
ヒレは性的装飾として適応的な意味を持つことがある。求愛行動中、メスのシクリッド、Pelvicachromis taeniatusは、大きくて視覚的に目を引く紫色の腹ヒレを見せる。「研究者らは、オスは明らかに腹ヒレが大きいメスを好み、腹ヒレはメスの魚の他のヒレよりも不均衡に成長することを発見した。」[ 69 ] [ 70 ]
魚類の対鰭の進化モデルとして歴史的に議論されてきた有力な仮説は、鰓弓説と側鰭褶説の2つである。前者は一般に「ゲーゲンバウアー仮説」と呼ばれ、1870年に提唱され、「対鰭は鰓構造から派生した」としている。[ 72 ]この説は、1877年に初めて提唱された側鰭褶説に取って代わられ、人気を失った。側鰭褶説は、対鰭は鰓のすぐ後ろの表皮に沿った縦方向の側方褶から芽生えたと提唱している。[ 73 ]化石記録と発生学では、どちらの仮説も弱い支持しか得られていない。[ 74 ]しかし、最近の発生パターン形成に関する知見により、対鰭の起源をよりよく解明するために、両方の理論を再検討する必要が生じている。
カール・ゲーゲンバウアーの「アーキプテリギウム」の概念は1876年に提唱された。[ 75 ]これは、鰓弓から伸びる鰓条、または「結合した軟骨性の茎」として記述された。追加の鰓条は、鰓弓に沿って、また中央の鰓条から生じた。ゲーゲンバウアーは、変形相同性のモデル、すなわちすべての脊椎動物の対鰭と四肢はアーキプテリギウムの変形であると提唱した。この理論に基づくと、胸鰭や腹鰭などの対になった付属肢は鰓弓から分化し、後方に移動したことになる。しかし、この仮説は形態学的にも系統学的にも化石記録において限定的な支持しか得られていない。[ 74 ]さらに、腹鰭の前後方向への移動を示す証拠はほとんど、あるいは全くなかった。[ 76 ]鰓弓説のこうした欠点により、セント・ジョージ・ジャクソン・ミヴァート、フランシス・バルフォア、ジェームズ・キングズリー・サッチャーによって提唱された側鰭褶説に取って代わられ、鰓弓説は早期に廃れていった。
側方鰭褶説は、魚の体壁に沿った側方褶から対鰭が発達したと仮説を立てた。[ 73 ]正中鰭褶の分節と芽出しによって正中鰭が生じたのと同様に、側方鰭褶からの鰭芽の分節と伸長という同様のメカニズムによって対鰭胸鰭と腹鰭が生じたと提案された。しかし、化石記録には側方褶から鰭への移行の証拠はほとんどなかった。[ 77 ]さらに、後に系統発生的に、胸鰭と腹鰭は異なる進化的およびメカニズム的起源から生じたことが実証された。[ 74 ]
対になった付属肢の発生と進化に関する最近の研究では、ヤツメウナギなどの鰭のない脊椎動物と、対になった鰭を持つ現存する最も基底的な脊椎動物である軟骨魚類が比較されている。[ 78 ] 2006年に研究者らは、正中鰭の分節化と発達に関わる同じ遺伝的プログラミングが、トラザメの対になった付属肢の発達にも見られることを発見した。[ 79 ] これらの発見は、側鰭褶仮説を直接支持するものではないが、正中鰭と対になった鰭の進化発達メカニズムが共通しているという当初の概念は依然として重要である。
軟骨魚類の鰓弓と対鰭の発生プログラミングにも、古い理論の同様の改訂が見られる。2009年、シカゴ大学の研究者らは、軟骨魚類の鰓弓と対鰭の初期発生には共通の分子パターン形成メカニズムが存在することを実証した。[ 80 ]このような発見により、かつて否定された鰓弓理論の再検討が促された。[ 77 ]
魚類は、すべての哺乳類、爬虫類、鳥類、両生類の祖先です。[ 81 ]特に、陸生四足動物（四足動物）は魚類から進化し、約3億9000 万年前に初めて陸上に進出しました。[ 82 ]彼らは一対の胸鰭と腹鰭を使って移動しました。胸鰭は前脚（人間の場合は腕）に、腹鰭は後脚に発達しました。[ 83 ]四足動物の歩行肢を作る遺伝的機構の多くは、すでに魚類の遊泳鰭に存在しています。[ 84 ] [ 85 ]
アリストテレスは類似構造と相同構造の区別を認識し、次のような予言的な比較を行った。「鳥はある意味で魚に似ている。鳥は体の上部に翼を持ち、魚は体の前部に2つの鰭を持つ。鳥は腹部に足を持ち、ほとんどの魚は腹部の前鰭の近くにもう1対の鰭を持つ。」
2011年、オーストラリアのモナシュ大学の研究者たちは、原始的ではあるもののまだ生きている肺魚を使って「骨盤鰭筋の進化をたどり、四足動物の荷重を支える後肢がどのように進化してきたかを解明した」[ 87 ] [ 88 ]。シカゴ大学でのさらなる研究では、海底を歩く肺魚がすでに陸生四足動物の歩行様式の特徴を進化させていたことがわかった[ 89 ] [ 90 ] 。
収斂進化の典型的な例として、翼竜、鳥類、コウモリの胸鰭は、それぞれ独立した経路でさらに進化し、飛翔翼となった。飛翔翼になっても、歩行脚との類似点は多く、胸鰭の遺伝的設計図の中核的な側面は保持されている。[ 91 ] [ 92 ]
最初の哺乳類は三畳紀（2億5190万年前から2億140 万年前）に出現しました。これらの哺乳類のいくつかのグループが海に戻り始めました。その中にはクジラ類（クジラ、イルカ、ネズミイルカ）が含まれます。最近のDNA分析によると、クジラ類は偶蹄類から進化し、カバと共通の祖先を持つことが示唆されています。[ 93 ] [ 94 ] 約2300 万年前、クマのような陸生哺乳類の別のグループが海に戻り始めました。これらはアザラシです。 [ 95 ]クジラ類とアザラシでは歩行肢となったものが、独立して新しい形の泳ぎ鰭に進化しました。前肢はひれになり、後肢は失われた（クジラ類）か、ひれに変化した（鰭脚類）かのいずれかでした。クジラ類では、尾の先端に2つの鰭ができました。[ 96 ]魚の尾は通常垂直で左右に動きます。クジラ類の尾びれは水平で上下に動きます。これは、クジラ類の脊椎が他の哺乳類と同じように曲がるためです。[ 97 ] [ 98 ]
魚竜は イルカに似た古代の爬虫類である。約2億4500万年前に初めて出現し、約9000 万年前に絶滅した。
「陸生の祖先を持つこの海生爬虫類は、魚類に非常に強く収斂進化し、水中での移動能力を向上させるために背びれと尾びれを実際に進化させた。これらの構造は、何もないところから進化したという点で、なおさら注目に値する。祖先の陸生爬虫類には、背中にこぶも尾に刃もなかったため、前駆となるものは何もなかった。」[ 99 ]
生物学者のスティーブン・ジェイ・グールドは、イクチオサウルスが収斂進化の最も好きな例だと述べた。[ 100 ]
ペンギン（翼が変化したもの）、ウミガメ（前肢がひれ状に変化したもの）、モササウルス（四肢がひれ状に変化したもの）、ウミヘビ（垂直方向に広がった平たい尾びれ）など、他の多くの四足動物群でも、様々な形や位置（四肢、胴体、尾）のひれや鰭が進化している。
水生動物の推進にヒレを使用することは、非常に効果的です。一部の魚は、90%を超える推進効率を達成できると計算されています。 [ 43 ]魚は、ボートや潜水艦よりもはるかに効率的に加速および操縦でき、水の乱れや騒音も少なくなります。このことから、水生動物の移動を模倣しようとする水中ロボットのバイオミメティクス研究が進められています。 [ 102 ]一例として、フィールドロボティクス研究所がマグロの動きを分析し、数学的にモデル化するために製作したロボットマグロがあります。[ 103 ] 2005年、シーライフ・ロンドン水族館は、エセックス大学のコンピュータサイエンス学部が製作した3体のロボット魚を展示しました。これらの魚は、本物の魚のように自律的に泳ぎ回り、障害物を避けるように設計されていました。製作者は、「マグロのスピード、パイクの加速、ウナギの航行能力」を組み合わせようとしたと述べています。[ 104 ] [ 105 ] [ 106 ]
ドイツのFesto社が開発したAquaPenguinは、ペンギンの流線型の形状と前肢による推進力を模倣している。[ 107 ] [ 108 ] Festo社はまた、それぞれマンタ、クラゲ、バラクーダの移動を模倣したAquaRay [ 109 ]、AquaJelly [ 110 ]、AiraCuda [ 111 ]も開発した。
2004年、MITのヒュー・ヘールは、カエルの脚から筋肉を外科的にロボットに移植し、筋繊維に電気パルスを与えることでロボットを泳がせる、生体アクチュエータを備えたバイオメカトロニクスロボット魚のプロトタイプを製作した。[ 112 ] [ 113 ]
ロボット魚は、魚の残りの部分から切り離して魚の設計の個々の部分を調べることができるなど、いくつかの研究上の利点を提供します。しかし、これは生物学を過度に単純化し、動物の設計の重要な側面が見落とされるリスクがあります。ロボット魚は、柔軟性や特定の動作制御などの単一のパラメータを研究者が変更することも可能にします。研究者は、生きた魚では容易ではない力を直接測定できます。「ロボットデバイスは、運動面の位置を正確に知ることができるため、3次元運動学的研究と相関流体力学的解析も容易にします。また、自然な動作の個々の要素（羽ばたき付属肢のアウトストロークとインストロークなど）を個別にプログラムできますが、これは生きた動物を扱う場合には確かに困難です。」[ 114 ]
{{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年7月現在非アクティブです（リンク）