Как дышит рыба в воде? Очень интересный вопрос, ответить на него совсем не сложно. Она дышит жабрами, но как именно это происходит, ведь вода - это не воздух? И все ли рыбы имеют жабры? А могут ли они дышать атмосферным воздухом? А как они получают кислород из воды? Так много вопросов возникает сразу, если только задуматься, как можно дышать в воде. Попытаемся найти на них ответы.
Органы дыхания рыб
Основным органом дыхания рыб являются жабры. Они располагаются возле головы в жаберной полости. Это парный орган. К тому же они очень нежны, поэтому для защиты их прикрывает сверху жаберная крышка. Но все ли жабры имеют одинаковое строение? Конечно же, нет. У разных групп рыб оно разное. Например, у круглоротых жабры мешковидные, а у хрящевых, например акул, они пластинчатые. А вот у самой большой группы - костистых рыб - жабры гребенчатые. Они имеют самое сложное строение. Также очень интересный факт: в отличие от всех других костистые рыбы «дышат» через рот. А вот у круглоротых миксин и хрящевых скатов вода с кислородом поступает снаружи. В процессе эволюции органы дыхания рыб постоянно усложнялись и усовершенствовались. Большинство рыб дышит кислородом, растворенным в воде, но есть и исключения, те, что могут использовать и воздух.
Двоякодышащие рыбы
Двоякодышащие рыбы дышат так же, как и все остальные виды. Но есть у них одна интересная особенность. Эта весьма древняя группа рыб имеет не только жаберное, но еще и легочное дыхание. Когда-то эти виды были широко распространены на Земле. Сейчас существует только один отряд - рогозубообразные. Они встречаются в Австралии, Африке и Южной Америке. В качестве органов для осуществления легочного дыхания у этих рыб есть один или два (в зависимости от вида) пузыря. Они расположены на пищеводе с брюшной стороны. Это и позволяет двоякодышащим долгое время находиться в обедненных кислородом водоемах, там, где другие рыбы выжить просто не могут.
Органы дыхания круглоротых
На заре появления рыб, пожалуй, первыми, у кого развились, пусть и не самые сложные, но все же жабры, являются круглоротые. Это даже не совсем рыбы. Миноговые (круглоротые) появились значительно раньше и являются отдельным отрядом бесчелюстные. Их органы дыхания представлены жаберными мешками. Они имеют энтодермальное происхождение и возникли в результате отделения от глотки. Как дышит рыба минога с их помощью? У нее есть семь парных жаберных мешков, в каждом из них по два отверстия. Первое называется наружным, а второе - внутренним, оно ведет в дыхательную трубку. К тому же это отверстие может постоянно открываться и закрываться. Сама дыхательная трубка сформировалась в результате деления глотки. Верхняя ее часть стала пищеварительной, а нижняя - дыхательной. У большинства миноговых наружные жаберные отверстия объединены в один канал. Он открывается чуть дальше последнего жаберного мешка. У миног и миксин носовое отверстие соединено с глоткой. Поэтому, даже когда рыба зарывается в песок, она может дышать. Когда круглоротые питаются, то вода проникает в жаберные мешки не через ротовую или носовую полость, а через наружные жаберные отверстия.
Строение жаберного аппарата костистых рыб
Костистые рыбы дышат жабрами. Они имеют сложное строение. Итак, жаберный аппарат состоит из пяти жаберных дуг. Они находятся в специальной полости за головой. Для того чтобы защитить дуги от механических повреждений, их сверху покрывает твердая и прочная жаберная крышка. Она растет по мере увеличения рыбы в размерах. Жаберные дуги на внешней стороне имеют два ряда лепестков, которые поддерживаются опорными хрящами. В них происходит процесс газообмена. К жаберным лепесткам подходит артерия и приносит артериальную кровь. Здесь она обогащается кислородом и разносит его ко всем органам и тканям. С внутренней стороны находятся жаберные тычинки. Они выполняют роль фильтра и защищают от попадания пищевых частичек.
Как дышит рыба в воде?
Дыхание рыб происходит следующим образом. При вдохе она открывает широко ротовое отверстие. При этом жаберные дуги максимально раздвигаются, а жаберная крышка, напротив, плотно прижимается к голове. Таким образом, вода попадает в ротовое отверстие и проходит дальше, но не выходит наружу. Далее, в жаберной полости происходит поглощение кислорода через лепестки. Окисленная кровь, подходя к ним, насыщается. Обогатившись кислородом, она несет его ко всем тканям рыбы. При выдохе ротовое отверстие рыбы закрывается, а жаберные крышки приподнимаются. Таким образом, вода выдавливается наружу. В капиллярах лепесточков на жаберных дугах происходит не только газовый, но и водно-солевой обмен. В воду из кровеносных сосудов выделяется не только углекислый газ, но и аммиак и прочие вещества, которые вырабатываются в ходе метаболизма. Это подробное описание того, как дышат рыбы под водой.
Дополнительные органы дыхания
Но как и у большинства видов, обитающих на Земле, у рыб есть дополнительные органы дыхания. Конечно, главными остаются жабры. Но помимо них, в процессе газообмена участвуют кожа, кишечник и даже специальные органы, такие как легочные мешочки или «лабиринт». Но обо всем этом стоит рассказать по порядку. У многих видов рыб, в особенности у тех, что в качестве места обитания выбирают мутные, обедненные кислородом воды, очень интенсивно осуществляется кожное дыхание. Как дышит рыба кожей? Она просто поглощает кислород через ее поверхность. Иногда такое дыхание даже выходит на первое место. Еще одно приспособление - плавательный пузырь. В нем скапливается воздух, и рыба поглощает кислород из него. Так она может даже некоторое время прожить вне воды. Такую же роль, как и плавательный пузырь, может выполнять и кишечник. У лабиринтовых рыб в жаберной полости есть специальный карманообразный отдел. Его стенки густо пронизаны капиллярами. В них происходят процессы газообмена. Примечательно, что лабиринтовые рыбы дышат атмосферным кислородом. Они могут обойтись без воды в течение нескольких дней. Конечно, это далеко не все примеры того, как удивительно приспосабливаются к окружающей среде разные виды рыб. У них есть еще много секретов, как выжить даже в очень тяжелых условиях.
Без пищи животные могут прожить очень долго, а без кислорода - всего лишь несколько минут.
А как же быть рыбам? Ведь в воде трудно, казалось бы невозможно, дышать. В ней в двадцать раз меньше кислорода, чем в воздухе. Но, оказывается, это не так уж существенно. В легкие наземных животных кислород попадает тоже не непосредственно из атмосферы. Сперва он растворяется в жидкости, омывающей стенки легких, и только затем поступает в кровь. Выходит, что наземные животные тоже дышат кислородом, растворенным в воде.
Но почему в таком случае они не могут жить в воде, как рыбы? Да потому, что как только их легкие заполняются водой, растворенный в ней кислород мгновенно поглощается, а новый не поступает - и животное задыхается. Вот если бы вода в легких непрерывно заменялась свежей, то, скажем, собака или лошадь могли бы дышать в воде не хуже, чем в воздухе.
Для того чтобы нормально дышать в воде, нужны жабры. Жабры состоят из жаберных дуг с множеством лепестков. К жаберным дугам поступает отработанная кровь; здесь она отдает в воду углекислоту и обогащается кислородом.
Для нормального дыхания к жабрам тоже все время должна поступать свежая вода. Когда рыба плывет, вода входит в рот, омывает жабры и выходит через жаберные щели. Когда рыба стоит, она все время открывает и закрывает рот, приподнимает и опускает жаберные крышки, засасывая свежую и выталкивая старую воду.
Лучше использовать содержащийся в воде кислород помогают жабры, имеющие огромную поверхность. Например, у поверхность жабр почти в 30 раз больше поверхности его тела.
Форма и величина поверхности жабр, а также строение жаберных щелей зависят от образа жизни рыб. У пелагических рыб, то есть у рыб, живущих в толще воды, большой рот и широкие жаберные щели, это способствует лучшему проникновению в жабры свежей воды.
У рыб, обитающих на дне, жаберные щели маленькие,- ведь иначе жабры засорились бы песком и илом. При таком строении щелей вода в жабрах обновляется плохо, поэтому у донных рыб имеются приспособления для принудительного обмена воды.
Например, угорь при «вдохе» раздувает щеки и засасывает воду через рот, при «выдохе» он закрывает рот и, сжимая щеки, выталкивает воду через жаберные щели. У камбал есть особая жаберная перепонка, выталкивающая воду, как поршень. Еще своеобразнее дышат скаты. У них в верхней части головы имеется отверстие, снабженное клапаном. При «вдохе» клапан открывается и вода свободно проходит через отверстие, поступая к жабрам; при выдохе клапан захлопывается и вода выходит через жаберные щели.
Небольшая азиатская рыбка гиринохелус имеет привычку присасываться ртом к донным предметам. И вот для того, чтобы приток воды к жабрам не прекратился, у этой рыбки имеется две пары жаберных отверстий. Когда рот закрыт, вода поступает через верхние отверстия и выходит через нижние.
Однако как ни удивительно приспособлены жабры к окружающим условиям, они далеко не всегда обеспечивают рыбе нормальное дыхание. В одних водоемах постоянно не хватает кислорода, в других его содержание резко падает в определенные времена года. Летом кислородный голод наблюдается во время засухи, когда непроточные водоемы начинают пересыхать, и по ночам, когда водные растения усиленно поглощают кислород. Зимой доступ кислорода из атмосферы в воду резко сокращается, так как водоемы покрываются толстым слоем льда и снега.
Рыбы по-разному реагируют на количество растворенного кислорода в воде. Одни нуждаются в очень высоком его содержании (лосось, сиг, ), другие менее требовательны ( , окунь, ), третьи удовлетворяются совершенно ничтожным количеством ( , ). Для каждого вида рыб существует как бы определенный порог содержания кислорода в воде, ниже которого они становятся вялыми, почти не перемещаются, плохо питаются и в конце концов погибают.
Одни рыбы не терпят даже малейшего «кислородного голодания» и населяют водоемы только с прозрачной, холодной, богатой кислородом водой. Другие живут даже в болотах.
Наверное, многие замечали, что при недостатке кислорода в аквариуме рыбы поднимаются на поверхность и начинают захватывать атмосферный воздух.
Но так дышать атмосферным воздухом в течение долгого времени рыбы не могут, поэтому некоторые из них приспособились дышать другими органами.
Карась, линь часто обитают в прудах с затхлой водой; одних жабр им не хватает, и они дышат также поверхностью кожи. Карась и угорь в корзине с сырой травой, в холодное время, могут жить более двенадцати часов.
Еще дольше обходится без воды илистый прыгун. Охотясь за насекомыми, он проводит на суше много часов. Пойманных прыгунов держали по шесть суток на влажном песке, и они чувствовали себя вполне нормально. Дышат прыгуны, помимо жабр, кожей и полостью рта. Кроме того, жаберные крышки у них плотно прижимаются к телу, и жабры долгое время остаются влажными. Некоторые натуралисты считают, что прыгуны могут дышать и хвостом. Не зря эта рыбка часто лежит на прибрежном песке, окунув хвост в воду.
Как ни странно, но у рыб в дыхании иногда принимает участие и кишечник.
Южноамериканские сомики дорас захватывают ртом воздух и подают его в кишечник, к стенкам которого подходит масса кровеносных сосудов. Здесь-то и происходит дополнительное обогащение крови кислородом. Американские панцирные сомы имеют в желудке слепой отросток. Он наполняется воздухом, который, при надобности, используется для дыхания.
У ост-индской рыбы, мешкожаберного сома, вдоль всего позвоночника тянется вырост жаберной полости в виде мешка. Сом при недостатке кислорода в воде набирает в него атмосферный воздух и пользуется им для дыхания.
Небольшая рыбка, населяющая многие заболоченные водоемы, может дышать и жабрами, и поверхностью кожи, и с помощью кишечника. А пересохнет водоем - он впадет в спячку, что еще более снижает потребность организма в кислороде. В сильную засуху вьюны зарываются в ил. На поверхности ила часто образуется такая плотная корка, что по ней можно ехать на телеге. А вьюнам хоть бы что. Они не погибают и после дождей вновь перебираются в воду. Интересно отметить, что не только при спячке, но и при любом ином понижении жизненных процессов потребность в кислороде резко падает. Если сазану или стерляди положить в рот комочек ваты, смоченной коньяком, рыба впадает в оцепенение и при низкой температуре может прожить без воды двое суток.
У некоторых рыб для дыхания атмосферным воздухом образовались особые органы.
На Дальнем Востоке водится рыба змееголов, названная так из-за формы головы, которая похожа у нее на змеиную. Это хищная рыба, достигающая семи килограммов веса. Живет она в илистых затонах и мелководных озерах, сообщающихся с Амуром. Летом здесь мало кислорода. Но змееголова это не страшит. У него над жабрами есть полость, богатая кровеносными сосудами. Когда дышать в воде становится трудно, змееголов захватывает ртом воздух и перегоняет его в наджаберный орган. Там и происходит обогащение крови кислородом.
Сколько времени змееголов может жить вне воды, неясно: по одним данным 7-8 часов, по другим - до семи суток.
Индийскую рыбу анабас не зря называют сухопутным путешественником. На суше во влажном воздухе анабас может жить несколько суток. Его перевозят без воды в корзинах или глиняных сосудах. Для дыхания он пользуется лабиринтовым аппаратом, расположенным рядом с жабрами. Проходя через извилистый лабиринт, проглоченный воздух отдает в кровь анабаса кислород.
Тропические рыбы - макроподы, бойцовые, гурами, - обитающие в пересыхающих водоемах, а иногда и в канавах на рисовых полях, тоже пользуются для воздушного дыхания лабиринтовым аппаратом. Эти рыбы, так же как анабас, настолько приспособились к воздушному дыханию, что если лишить их возможности пользоваться атмосферным воздухом, то они через несколько часов погибнут.
Рыбы используют для дыхания и плавательный пузырь. У одних он - резервуар для сбережения кислорода про запас. Ведь хищным рыбам в погоне за добычей приходится развивать огромную скорость. Кислорода в это время расходуется очень много, и жабры с работой не справляются. Тогда-то эти рыбы и используют кислород из плавательного пузыря.
У других рыб плавательный пузырь превратился в специальный орган дыхания. Он бывает ячеистым, пористым или состоит из множества отдельных камер. Воздух в плавательный пузырь, заменяющий легкие, поступает через рот или через носовые отверстия. Именно так устроен пузырь у многопера, амии и панцирной щуки.
Многопер водится в водоемах экваториальной Африки. Достигает метровой длины. Свое название он получил оттого, что спинной плавник у него состоит из отдельных небольших плавничков. У многопера вкусное мясо, и местное население с энтузиазмом охотится на него. Обнаружить многопера легко по шуму, который он производит, заглатывая атмосферный воздух.
Амия живет в реках и озерах Северной Америки. Это очень прожорливый хищник, она нападает даже на добычу, превышающую ее по размерам.
Панцирная щука - крупная рыба до шести метров длиной, населяет пресноводные водоемы Кубы. В небольших количествах сохранилась также в Северной и Центральной Америке. Интересна как объект спортивного рыболовства. Настоящие легкие образовались из плавательного пузыря у двоякодышащих рыб. Известно три вида этих рыб из трех различных семейств.
В илистых, часто пересыхающих водоемах Австралии живет метровая двоякодышащая
рыба рогозуб. Название говорит само за себя - у этой рыбы роговые зубы. Летом,
когда кислорода в воде становится мало, рогозуб начинает дышать легкими, но
на берег выползать не может.
Исключительно долго без воды может жить африканская двоякодышащая рыба протоптерус. Когда водоемы пересыхают, она устраивает из ила и слизи, выделяемой телом, особый кокон с крышечкой. В нем протоптерус личинки многопёра, вьюна, проводит все засушливое время водяного слона. года, то есть около шести месяцев. В таких коконах его перевозят на тысячи километров. Протоптерус может находиться в спячке более трех лет! Если кокон положить в теплую воду, он растворится- и рыба начинает плавать как ни в чем не бывало. Третья двоякодышащая рыба - американский чешуйчатник. Обитает в заболоченных участках Амазонки и в жаркое время года впадает в спячку. В воде, лишенной кислорода, может жить более двух недель.
Ни одна выклюнувшаяся из икринки рыбка не может дышать атмосферным воздухом. А кислорода только что родившейся рыбке требуется значительно больше, чем взрослой. Как же дышат личинки в водоемах, где мало кислорода? Оказывается, природа предусмотрела и это. Одни личинки дышат всей поверхностью кожи, у других обильно развивается кровеносная система, у третьих образуются наружные органы дыхания, исчезающие по мере роста рыбы.
В. Б. Сабунаев
"Занимательная ихтиология"
Рыб можно встретить в болотах, озерах, морях и реках всех географических поясов планеты. Всю свою жизнь они проводят под водой, не испытывая при этом никаких трудностей с дыханием. У большинства из них нет необходимости всплывать на поверхность, чтобы заглотнуть очередную порцию воздуха. Чем дышат рыбы? Какие механизмы помогают им выживать в водной среде? О внутреннем строении рыб и природных хитростях этих водных животных мы и поговорим в нашей статье.
Потребность в кислороде
В водной среде рыбы являются преобладающей группой животных. В реках и океанах они проходят все стадии их биологического развития - от икринки до взрослой особи. При этом лишь немногие виды могут время от времени выныривать и вдыхать атмосферный воздух, большинство же приспособилось жить без него.
Но чем дышат рыбы, будучи постоянно в воде? Как и другим позвоночным, для нормальной жизнедеятельности им необходим кислород. Его они «добывают» не из воздуха, а прямо из воды, буквально фильтруя ее. Чтобы получить достаточное количество газа, им приходится «перерабатывать» огромное количество жидкости.
Содержание кислорода в водоеме крайне важно для их нормального функционирования, а недостаток вызывает у животных кислородное голодание и смерть. Однако нормы концентрации газа у каждого вида свои. Например, линь и сазан живут в стоячих водоемах и способны выживать даже при слабом присутствии кислорода (от 4 см 3 /л до 0,5 см 3 /л). Форель, лосось, судак, наоборот, очень требовательны. Они нуждаются в концентрации газа больше 7 см 3 /л.
Восприятие рыб изменяется с их возрастом, с переходом от сезона к сезону, а также в зависимости от их активности. Так, чем моложе и подвижнее особь, тем больше она нуждается в кислороде. Потребности сильно возрастают перед нерестом, когда рыбе необходимо много сил и энергии. В жару и при зимнем замерзании водоема возникает недостаток кислорода, отчего животные испытывают трудности с дыханием.
Чем дышат рыбы? Приспособления для газообмена
Точно так же, как и у нас, газообмен у рыб осуществляется при помощи кровеносной системы. Для этого у большинства из них существует всего один круг кровообращения и двухкамерное сердце, у двоякодышащих видов таких кругов два. К сердцу кислород поступает по сосудам, а к ним попадает через жабры, которые и отфильтровывают газ из воды.
Дыхательная система рыб, по сути, эффективнее человеческой. Она способна фильтровать из воды в два-три раза больше кислорода, чем легкие отделяют из атмосферы. В основном рыбы дышат жабрами, но иногда их работы недостаточно или условия не позволяют их нормально использовать. В таком случае к ним подключаются другие специальные органы.
Дополнительных или альтернативных способов дыхания у рыб довольно много. Абсолютно все виды помогают себе, частично осуществляя газообмен через кожные покровы. Некоторые также используют плавательный пузырь, другие - кишечник или слепой отросток в желудке. Некоторые виды приспособились к дыханию воздухом атмосферы, для этого они используют лабиринтовые или наджаберные органы.
Внутреннее строение рыб: как устроены жабры
Дыхание рыб начинается с заглатывания воды ртом. В глотке у них расположен жаберный аппарат, в котором и происходит дальнейший процесс. Аппарат состоит из жаберных дуг, расположенных по бокам животного. Их поддерживают жаберные лепестки и тычинки. Снаружи у костистых рыб дуги покрыты крышками.
Жабры у рыб соединены с многочисленными кровеносными сосудами. Попадая в глотку, вода проходит через жаберные дуги, омывает лепестки и отдает кислород прикрепленным к ним артериям. Обогащенная кровь направляется к сердцу и тканям, а оттуда возвращается в глотку, где отдает воде углекислый газ и выводит ее через жаберные щели наружу.
Двоякодышащие рыбы
Как было сказано выше, главным инструментом для газообмена являются жабры. Однако чем дышат рыбы, которых называют «двоякодышащими»? Эти животные сейчас представлены всего одним отрядом, который включает шесть видов. Обитают они возле Австралии, Африки и Южной Америки.
Из всех рыб именно они являются ближайшими родственниками четвероногих. Еще одна их особенность заключается в том, что кроме жабр, у них имеются упрощенные легкие. Такое приспособление позволяет им обитать в водоемах с очень маленьким количеством кислорода, а в случае необходимости получать его из атмосферного воздуха, выныривая на поверхность.
Лабиринтовые или ползуновидные рыбы
Лабиринтовые рыбы представляют отряд лучеперых. К ним относится много аквариумных видов, например ляпиус, гурами, сиамские петушки, макроподы, лябтозы и другие. В природе они обитают в пресных водах Африки и Азии.
Все они тоже умеют дышать воздухом. У них нет легких, но есть специальный орган в виде кармашка, состоящий из множества пластин. К его стенкам подходят капилляры, с которыми и происходит обмен газами. Лабиринтовый орган расположен над жабрами рыбы. Благодаря ему животные могут несколько дней существовать без воды. При этом «второе дыхание» не является удобным дополнением к жабрам. Не использовать лабиринтовый орган они не могут, поэтому вынуждены периодически выныривать из воды, иначе рискуют задохнуться.
Благодаря процессам дыхания организм получает элексир жизни - кислород, разносимый кровью по тканям тела. У рыб поглощение кислорода и поступление его в кровь, происходит, в первую очередь, в жабрах, имеющих множество мельчайших кровеносных капилляров. Дополнительными органами дыхания, снабжающими кровь кислородом, могут служить брызгальца, имеющиеся у акул и скатов на голове перед глазами, лабиринт (воздушная полость, снабженная кровеносными сосудами), плавательный пузырь, кишечник.
Своеобразное приспособление имеется у электрического угря Electrophorus sp. Южной Америки. При работе его электрических батарей происходит электролиз непосредственно в крови рыбы, и вода разлагается на кислород и водород. Последний выпускается пузырьками через жабры, а кислород разносится кровью по всему организму. Угорь хорошо чувствует себя в заморных тропических озерах-полуболотах при высокой температуре воды.
В процессе индивидуального развития и роста рыб дыхательный аппарат их меняется. У личинок и ранней молоди большинства рыб кровеносные сосуды покрывают всю поверхность желточного мешка, грудных плавников, головы, жаберных крышек, у некоторых видов - всю поверхность тела. Постепенно развивается жаберное дыхание. Грудные плавники играют важную роль в дыхании рыб на всех этапах их развития, помогая вентиляции дыхательной системы. Однако у акул грудные плавники не способны совершать дыхательные движения. У них, так же, как и у некоторых других быстродвижущихся рыб, например, скумбриевых, имеется пассивное дыхание. При скорости 2 метра в секунду и выше рот песчаной акулы Carcharias sp. полуоткрыт, и вода, омывая жаберную полость, обеспечивает поступление кислорода. Обычное активное дыхание у песчаной акулы наблюдается лишь при очень медленном движении и в покое.
Возможно, пассивное дыхание свойственно более широкому числу видов. Во всяком случае, известно, что больших быстроходных акул нельзя содержать в маленьких бассейнах, где они не могут развить скорости, достаточной для полноценного дыхания. Постепенно рыбы становятся анемичными и гибнут от удушья. Интересно, что и для частого спутника акулы - прилипалы Remora sp. характерно пассивное дыхание.
Жабры у рыбы работают только в воде. Если ее вытащить на сушу, вода из жабр выливается, они обсыхают и склеиваются. Сельди и толстолобик в этом случае погибают почти мгновенно, немногим дольше живут форели, лососи, судак. У карася и сазана жаберные крышки плотно закрываются, и рыбы несколько часов остаются живыми в мокрой траве. Дело в том, что они потребляют мало кислорода, и при "выключенных" жабрах он поступает в кровь через поверхность кожи. Кожное дыхание в какой-то степени свойственно осетровым, щуке.
В прошлом столетии к столу именитых купцов нередко доставляли живых осетров, которых по нескольку суток везли без воды в брезентовой люльке. В рот рыбы клали кусочек ваты, пропитанной коньяком или спиртом. "Захмелевшая" рыба, впав в оцепенение, отлично выдерживала путешествие. А стерлядь к царскому столу доставляли в живом виде после 3-5 суток пути в корзинах с влажным мхом.
На холоде долго живет без воды щука. Если ее завернуть в плотную бумагу, она может "ожить" спустя 3 часа. Сильно развито кожное дыхание у угря. Он по многу суток может обходиться без воды и по утрам нередко переползает из водоема в водоем. Даже обыкновенный карась благодаря активному кожному дыханию способен по году и более выживать в иле пересохших озер, пока водоем не заполнится водой. В Северном Казахстане, где много бессточных озер с сильными колебаниями уровня воды, нередко наблюдаются такие случаи.
Вспомним также об удивительной тропической рыбке - илистом прыгуне, или периофтальмусе Periophtalmus sp. Передняя пара плавников у него превратилась в подобие ног, что дает возможность совершать прыжки. Прыгуна не встретишь плавающим в воде, часами он сидит или ползает во влажной атмосфере мангров по веткам и корням, гоняясь за насекомыми. Его любимая поза - тело на суше, хвост в воде. Тонкая кожа хвоста, насыщенная множеством расположенных на поверхности капилляров, легко пропускает кислород. Хвост, таким образом,- важный орган дыхания. Жабры этой рыбы защищены от высыхания плотно закрывающимися крышками. Основная часть кислорода поступает как через кожу тела и головы, так и через слизистую оболочку ротовой и жаберной полости, насыщенную сосудами.
У нашего вьюна наблюдается особый вид дополнительного дыхания - кишечное. Заглатывая воздух, вьюн пропускает его через кишечник, в котором имеется густая сеть кровеносных сосудов. Вьюн тоже может жить в высохшем водоеме под слоем сухого ила толщиной 30-40 сантиметров.
Атмосферный воздух для дыхания заглатывают и другие рыбы нашей средней полосы. Часто в летний зной в зарослях тростника и осоки на озере или речке слышится чмоканье. Его издают, высунув голову из воды, линь, карась, сазан. Заглотанный воздух при движении через жабры обогащает воду в полости кислородом. Такое дыхание вынужденно и наступает при ухудшении кислородного баланса а водоеме.
Но для некоторых тропических рыб дыхание атмосферным воздухом является нормальным и обязательным. У лабиринтовых рыб для этого имеется надносовая полость, снабженная множеством кровеносных сосудов. Даже а воде с достаточным количеством кислорода они регулярно поднимаются к поверхности, чтобы пополнить запас воздуха. Таким же свойством обладает и змееголов, обитающий сейчас и в европейской части СССР. Окунь-ползун анабас Anabas sp. после дождей выползает из воды в поисках земляных червей, и нередко птицы заносят его на верхушки деревьев.
Пожалуй, нет у рыб другого органа, имеющего столь многоцелевое назначение, как плавательный пузырь. Он может функционировать как орган дыхания, слуха, регулятор плавучести и источник звука. Плавательный пузырь, как показывает история его развития, возник из складок слизистой оболочки передней кишки. Дыхательная функция плавательного пузыря является, видимо, более ранней. К этой мысли приводит тот факт, что гидростатическая функция пузыря появляется у более поздних рыб - костистых. У ряда видов, например у тропического сомика Doras sp. , он играет роль легкого. Известный путешественник прошлого века Шомбург описывал, как сомики при пересыхании родного водоема стаями совершали перекочевки по суше в поисках новых водоемов. Тысячи рыб ползли со скоростью медленно идущего человека, подталкивая туловище гибким хвостом и опираясь на иглы грудных плавников.
Еще лучше приспособлены к дыханию атмосферным воздухом двоякодыщащие рыбы, родственники предков первых наземных позвоночных. Они могут дышать как жабрами, так и ячеистым плавательным пузырем, который подобно настоящим легким состоит из двух долей. Так, например, африканская рыба протоптерус Protopterus sp. при полном высыхании водоема зарывается в ил, роет гнездо, вокруг своего тела сооружает из ила кокон и впадает в спячку. На глубине 0,5м он может пребывать в спячке до 2-3 лет. Как только вода заливает кокон и он растворяется, рыба выбирается на поверхность и начинает активный образ жизни.
Протоптерус располагается в коконе ртом к отверстию, кожа остается влажной. Продукты обмена скапливаются в тканях и выделяются после пробуждения рыбы из спячки. Родственник протоптеруса австралийский рогозуб Ceratodus sp. живет в заросших реках с медленным течением. В конце лета, когда река распадается на изолированные бочаги и вся рыба погибает, рогозуб в спячку не впадает, а существует, дыша воздухом, за которым поднимается к поверхности. Туземцы отыскивают его по характерным чмокающим звукам, которые рыба издает, заглатывая воздух. Крупнейшая пресноводная рыба - арапаима Arapaima sp. , обитающая в бассейне Амазонки, тоже дышит пузырем, выглядящим, как губчатые легкие наземных животных. В них существует артериальный и венозный поток крови, разделение которого еще недостаточно совершенно. Жабры используются рыбой лишь на первом месяце жизни, затем она дышит только при помощи пузыря. Вода в "легкие" не попадает. За кислородом рыба также поднимается к поверхности, молодь - 20-30 раз в час, взрослая - 6-10 раз. Академик И.И.Шмальгаузен, рассматривая происхождение наземных позвоночных животных, пришел к выводу, что выход рыбы на сушу произошел в прогреваемых пресноводных водоемах с недостатком кислорода, где в преимущественном положении оказались формы, способные дышать атмосферным кислородом. Первичными органами их дыхания были, как уже сказано, кожа и плавательный пузырь, из которого впоследствии развились легкие. В девонский период (320-400млн. лет назад) широко распространились древние двоякодышащие рыбы, вымершие родственники современных двоякодышащих, а также кистеперые. У тех и других форм конечности были приспособлены не только для плавания, но и для ползания по суше. Но для того, чтобы по-настоящему завоевать сушу, позвоночным потребовалось еще 200млн. лет.
В воде? Очень интересный вопрос, ответить на него совсем не сложно. Она дышит жабрами, но как именно это происходит, ведь вода - это не воздух? И все ли рыбы имеют жабры? А могут ли они дышать атмосферным воздухом? А как они из воды? Так много вопросов возникает сразу, если только задуматься, как можно дышать в воде. Попытаемся найти на них ответы.
Органы дыхания рыб
Основным рыб являются жабры. Они располагаются возле головы в жаберной полости. Это парный орган. К тому же они очень нежны, поэтому для защиты их прикрывает сверху жаберная крышка. Но все ли жабры имеют одинаковое строение? Конечно же, нет. У разных групп рыб оно разное. Например, у круглоротых жабры мешковидные, а у хрящевых, например акул, они пластинчатые. А вот у самой большой группы - костистых рыб - жабры гребенчатые. Они имеют самое сложное строение. Также очень интересный факт: в отличие от всех других костистые рыбы «дышат» через рот. А вот у круглоротых миксин и хрящевых скатов вода с кислородом поступает снаружи. В процессе эволюции органы дыхания рыб постоянно усложнялись и усовершенствовались. Большинство рыб дышит кислородом, растворенным в воде, но есть и исключения, те, что могут использовать и воздух.
Двоякодышащие рыбы
Двоякодышащие рыбы дышат так же, как и все остальные виды. Но есть у них одна интересная особенность. Эта весьма древняя группа рыб имеет не только жаберное, но еще и легочное дыхание. Когда-то эти виды были широко распространены на Земле. Сейчас существует только один отряд - рогозубообразные. Они встречаются в Австралии, Африке и Южной Америке. В качестве органов для осуществления легочного дыхания у этих рыб есть один или два (в зависимости от вида) пузыря. Они расположены на пищеводе с брюшной стороны. Это и позволяет двоякодышащим долгое время находиться в обедненных кислородом водоемах, там, где другие рыбы выжить просто не могут.
Органы дыхания круглоротых
На заре появления рыб, пожалуй, первыми, у кого развились, пусть и не самые сложные, но все же жабры, являются круглоротые. Это даже не совсем рыбы. Миноговые (круглоротые) появились значительно раньше и являются отдельным отрядом бесчелюстные. Их органы дыхания представлены жаберными мешками. Они имеют энтодермальное происхождение и возникли в результате отделения от глотки. Как дышит рыба минога с их помощью? У нее есть семь парных жаберных мешков, в каждом из них по два отверстия. Первое называется наружным, а второе - внутренним, оно ведет в дыхательную трубку. К тому же это отверстие может постоянно открываться и закрываться. Сама сформировалась в результате деления глотки. Верхняя ее часть стала пищеварительной, а нижняя - дыхательной. У большинства миноговых наружные жаберные отверстия объединены в один канал. Он открывается чуть дальше последнего жаберного мешка. У миног и миксин носовое отверстие соединено с глоткой. Поэтому, даже когда рыба зарывается в песок, она может дышать. Когда круглоротые питаются, то вода проникает в жаберные мешки не через ротовую или носовую полость, а через наружные жаберные отверстия.
Строение жаберного аппарата костистых рыб
Костистые рыбы дышат жабрами. Они имеют сложное строение. Итак, жаберный аппарат состоит из пяти жаберных дуг. Они находятся в специальной полости за головой. Для того чтобы защитить дуги от механических повреждений, их сверху покрывает твердая и прочная жаберная крышка. Она растет по мере увеличения рыбы в размерах. на внешней стороне имеют два ряда лепестков, которые поддерживаются опорными хрящами. В них происходит процесс газообмена. К жаберным лепесткам подходит артерия и приносит артериальную кровь. Здесь она обогащается кислородом и разносит его ко всем органам и тканям. С внутренней стороны находятся жаберные тычинки. Они выполняют роль фильтра и защищают от попадания пищевых частичек.
Как дышит рыба в воде?
Дыхание рыб происходит следующим образом. При вдохе она открывает широко ротовое отверстие. При этом жаберные дуги максимально раздвигаются, а жаберная крышка, напротив, плотно прижимается к голове. Таким образом, вода попадает в ротовое отверстие и проходит дальше, но не выходит наружу. Далее, в жаберной полости происходит поглощение кислорода через лепестки. Окисленная кровь, подходя к ним, насыщается. Обогатившись кислородом, она несет его ко всем тканям рыбы. При выдохе ротовое отверстие рыбы закрывается, а жаберные крышки приподнимаются. Таким образом, вода выдавливается наружу. В капиллярах лепесточков на жаберных дугах происходит не только газовый, но и водно-солевой обмен. В воду из кровеносных сосудов выделяется не только углекислый газ, но и аммиак и прочие вещества, которые вырабатываются в ходе метаболизма. Это подробное описание того, как дышат рыбы под водой.
Дополнительные органы дыхания
Но как и у большинства видов, обитающих на Земле, у рыб есть дополнительные органы дыхания. Конечно, главными остаются жабры. Но помимо них, в процессе газообмена участвуют кожа, кишечник и даже специальные органы, такие как легочные мешочки или «лабиринт». Но обо всем этом стоит рассказать по порядку. У многих видов рыб, в особенности у тех, что в качестве места обитания выбирают мутные, обедненные кислородом воды, очень интенсивно осуществляется кожное дыхание. Как дышит рыба кожей? Она просто поглощает кислород через ее поверхность. Иногда такое дыхание даже выходит на первое место. Еще одно приспособление - В нем скапливается воздух, и рыба поглощает кислород из него. Так она может даже некоторое время прожить вне воды. Такую же роль, как и плавательный пузырь, может выполнять и кишечник. У лабиринтовых рыб в жаберной полости есть специальный карманообразный отдел. Его стенки густо пронизаны капиллярами. В них происходят процессы газообмена. Примечательно, что лабиринтовые рыбы дышат атмосферным кислородом. Они могут обойтись без воды в течение нескольких дней. Конечно, это далеко не все примеры того, как удивительно приспосабливаются к окружающей среде разные виды рыб. У них есть еще много секретов, как выжить даже в очень тяжелых условиях.
