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.
Как и всем живым созданиям, рыбам необходим кислород. Большинство рыб получает его при помощи специальных решетообразных органов, которые называются жабрами.
Жабры находятся прямо за ротовой полостью по обеим сторонам головы и, как правило, защищены полупрозрачной пластинкой - жаберной крышкой, или оперкулумом. Под оперкулумом располагается четыре ряда частично перекрывающих друг друга кроваво-красных жабер. Жабры состоят из костных дуг, которые поддерживают многочисленные жаберные лепестки - пары тонких мягких отростков, напоминающих плотно посаженные зубья расчески. Каждый лепесток содержит крошечные мембраны, или ламеллы, сотканные из миллиардов кровеносных капилляров. Стенки мембран настолько тонки, что текущая по ним кровь экстрагирует кислород непосредственно из водного потока, омывающего жабры. Затем ламеллы выводят из крови в воду углекислый газ. Вода, как и воздух, на 1/30 состоит из кислорода, и этот газовый обмен - кислорода и углекислого газа является ключевым компонентом подводной жизни.
Жесткие жаберные тычинки , расположенные на жаберной дуге, фильтруют поступающую воду. Кровеносные сосуды в жаберных лепестках снабжают кровью и осушают капилляры в ламелле.
Вода, проходящая по жаберным лепесткам , обогащает артериальную кровь кислородом. После этого кровь по венозным сосудам поступает в мембрану, где она освобождается от углекислого газа.
Поступление воды в жабры
Нормальная жизнедеятельность рыб обеспечивается непрерывным поступлением в жабры насыщенной кислородом воды. У большей части костных рыб рот и жабры работают во взаимодействии по принципу насоса: сначала жабры плотно закрываются, рот распахивается, а его стенки расширяются, затягивая внутрь воду. Затем ротовая полость сжимается, рот захлопывается, а жабры раскрываются, выталкивая воду изо рта. Такой способ дыхания, позволяющий воде проникнуть в жабры, даже если рыба находится в состоянии покоя, характерен для малоподвижных рыб, таких, как карп, камбала и палтус.
Дыхание начинается , когда рот рыбы раскрывается, а ротовая полость расширяется, всасывая воду.
Затем рот рыбы закрывается, и открываются оперкулумы, выталкивая воду из жаберной полости через жабры.
Правильнее дышать ртом
Активным рыбам - макрели, тунцу и некоторым видам акул - необходимо больше кислорода, чем их медлительным собратьям, таким, как камбала, угорь, электрический скат и морские коньки. Вот почему подводные рыбы часто плавают с открытыми ртами: это позволяет им пропустить через жабры значительно больший объем воды, а значит, и кислорода. Кроме того, жабры у этих видов рыб крупнее и толще, с тесно расположенными мембранами, что заметно повышает их респираторную способность. Эти рыбы вынуждены плавать даже во время сна, иначе они погибнут от недостатка кислорода (от удушения).
Все живые организмы нуждаются в кислороде. Этот газ они поглощают при дыхании. В воде, даже насыщенной кислородом (а не воздухом), при температуре 20"С объемная доля кислорода составляет не более 1%.
Дыхание рыб в водной осуществляется главным образом при помощи жабр: вода с растворенным кислородом проходит через рот в жабры, где растворенный кислород поглощается и поступает в организм. Степень поглощения кислорода из воды при таком способе дыхания очень высока и составляет до 30% (для сравнения: млекопитающие поглощают лишь до четверти вдыхаемого кислорода).
У некоторых рыб существуют и дополнительные органы дыхания: они поглощают кислород через кожу или при помощи специальных органов, характерных для отдельных видов, родов или семейств. Например, у рыб семейства Anabantidae, к которым относятся многие популярные представители аквариумной ихтиофауны (гурами, петушки, лялиусы, макроподы), имеется особый орган - жаберный лабиринт, позволяющий поглощать кислород из воздуха. Если эти рыбы не имеют возможности подняться к поверхности воды в течение нескольких часов, то они погибают.
Кислород, попадающий через жабры и другие органы дыхания в организм, поступает в кровь и разносится по всему телу рыбы. Он участвует в процессе окисления органических веществ. Эти окислительно-восстановительные реакции поставляют энергию для поддержания жизнедеятельности рыб.
Каковы источники кислорода в аквариумной воде? Главный из них, как и в природных водоемах, - естественный газообмен с окружающим воздухом. Этот газообмен улучшается, если в водоеме имеются волны, пороги, перекаты (в аквариумных условиях их заменяет принудительная аэрация воды при помощи помп или микрокомпрессоров). Значительное количество кислорода в процессе фотосинтеза поставляют растения.
Растворенный в воде кислород поглощается рыбами и другими аквариумными животными и в ночное время растениями. Он расходуется также при разложении экскрементов, остатков растений и мертвых рыб.
Количество кислорода, которое необходимо рыбам, бывает различным и во многом зависит от температуры воды, вида и размера рыб, степени их активности и других факторов.
Температура воды влияет на содержание в ней кислорода: как известно, растворимость газов уменьшается при увеличении температуры жидкости. Обычно содержание кислорода в воде, контактирующей с атмосферным воздухом, меньше предельной растворимости и составляет 0,7 мл в 100 г воды при 15" С, 0,63 мл - при 20" С и 0,58 мл - при 25" С. Это содержание кислорода вполне достаточно для аквариумных обитателей, т. к. установлено, что наиболее оптимальным для них содержанием О2 является от 0,55 мл до 0,7 мл в 100 г воды.
Вездеходы самоделки мотоциклы
Рыбам, как и всем животным и растениям, для дыхания необходим кислород. Но в отличие от наземных животных рыба получает его не из воздушной, а из водной среды.
Разлагать воду на кислород и водород, рыба, конечно, не может. Она и не использует тот кислород, который входит в состав воды как химического соединения. Количество воды в аквариуме, сколько бы времени рыба там ни провела, останется неизменным (если исключить испарение).
Для дыхания рыба захватывает воздух, а точнее газ-кислород, который растворен в воде как необязательная и непостоянная примесь (подобно, например, солям).
То, что в воде содержатся растворенные газы, легко доказать простыми наблюдениями. Например, на внутренних стенках ведра с холодной водой, принесенного в теплую комнату, вскоре появляются воздушные пузырьки. Выделение газов, растворенных в воде, еще заметнее при нагревании, кипячении. В хорошо прокипяченной воде практически нет растворенных газов, поэтому дыхание рыб в ней невозможно, хотя она, как и вся вода в мире, состоит из кислорода и водорода в неизменном весовом соотношении 8:1.
Жабры рыбы представляют собою бахрому из тонкостенных, сложно разветвленных лепестков, сидящих на жаберных дугах и оплетенных густой сетью мельчайших кровеносных сосудов. Общая поверхность жабр очень велика: достигает 17 см 2 - что примерно равно площади спичечной коробки - у карасика весом 10 г, который в этой коробке сам свободно поместится.
Сквозь тончайшую кожицу жаберных лепестков кислород проникает из воды в кровь рыбы, а углекислый газ - из крови в воду. Чтобы дыхание рыб было нормальным, необходимо непрерывное омывание жабер свежей водой. Приток свежей воды к органам рыб осуществляется при помощи крышечек, прикрывающих жабры, их достаточно быстрого движения.
Таким образом, оттопыренная жаберная крышка действует, как насос, втягивающий воду из глотки. А когда жаберная крышка снова прижимается к телу, ее задний край вместе с кожистой оторочкой несколько отходит, приоткрывая жаберную щель, через которую и устремляется наружу вытесненная вода.
Жабры заготовленной рыбы легко подвержены порче, загниванию. Поэтому на промысловых судах рыбу нередко обезжабривают (например, морского окуня) или обезглавливают (треску, пикшу).
В зависимости от вида, размеров и накормленности рыбы ей необходима различная концентрация кислорода в окружающей воде. При нормальном давлении и температуре +4° в литре пресной воды может раствориться не более 9 см 3 кислорода, при температуре +15° - не более 7 см 3 .
Дыхание рыб лососевых пород нормально протекает при содержании кислорода не менее 6-7 см 3 на литр воды. Большинство лососевых рыб - семга, хариус, сиги, палия, корюшка и др. - не случайно живут в холодных водах, обычно богатых кислородом. А многие карповые - караси, карпы, лини - сохраняют жизнеспособность даже при 0,5-1 см 3 кислорода на литр.
Концентрацию растворенного кислорода определяют несложными химическими методами. Следить за кислородным режимом необходимо при перевозке живой рыбы, при ее содержании (особенно зимовке) в искусственных водоемах, например копаных прудах. Массовые заморы рыб иногда происходят и в больших реках, например в Оби, вследствие усиления стока «кислых» болотных вод.
В морях, как правило, кислорода всегда достаточно. Однако в глубинах Черного моря из-за отсутствия водообмена с поверхностными слоями застаивается вода, практически лишенная кислорода, а потому и живых организмов; там распространены только бактерии, выделяющие сероводород.
В Азовском море временное прекращение вертикальной циркуляции вследствие длительного штиля может вызвать дефицит кислорода и гибель малоподвижных животных в придонных слоях. Массовые заморы, связанны с тем, что дыхание рыб в отдельных районах океана нарушается, в связи с недостатком кислорода.
Наблюдения за содержанием кислорода подчас помогают предвидеть распространение промысловых рыб. Например, в Борнхольмской впадине Балтийского моря треска нерестится на разных горизонтах, в зависимости от притока вод из Северного моря. Североморская вода отличается от глубинной балтийской содержанием кислорода и соленостью.
Следовательно, следя за кислородным балансом Борнхольмской впадины, можно предсказать вертикальное распределение трески. А оно влияет на успех промысла донным тралом, который берет только рыбу, находящуюся не выше нескольких метров над грунтом.
Очень плотные рыбные скопления (например, нерестующая треска у Лофотенских островов, зимующая сельдь в Норвежском море) снижают концентрацию кислорода в окружающей воде.
Таким образом, поиск рыбы иногда можно вести, используя данные о содержании кислорода.
Дыхание рыб осуществляется не только при помощи жабр. Щуку или сазана удается несколько часов сохранять живыми во влажном мху или траве; однако как только кожа этих рыб подсохнет, они погибают. Значит, газообмен идет через влажную кожу. Действительно, у некоторых рыб через кожу поступает около половины всего потребляемого кислорода. Илистый прыгун способен надолго покидать воду благодаря кожному дыханию. Угорь иногда переползает ночью на большие расстояния по земле, но только по сырой, смоченной дождем или росою, когда кожа не теряет влажности.
У вьюна задний отдел кишечника имеет тонкие стенки, густо оплетенные кровеносными сосудами; там никогда не накапливается переваренная пища. Вьюн заглатывает воздух, пропускает его через кишечник, и при этом кровь обогащается кислородом. Во время летнего пересыхания ручьев, прудиков или болот вьюны зарываются в ил и могут целыми неделями существовать без воды.
Над жабрами некоторых тропических рыб расположена полость с множеством складок, напоминающая лабиринт. Этих рыб так и называют «лабиринтовые». Воздух, который они регулярно захватывают с поверхности, поступает в наджаберный орган. Лабиринтовые рыбы - например, макропод, гурами - легко переносят обеднение воды кислородом. А если преградить гурами путь к поверхности, рыба погибнет.
Другая лабиринтовая рыба ползун, как уже говорилось, нередко выбирается по ночам на сушу в поисках пищи. Наджаберный орган несколько иного строения есть и у змееголова - амурской рыбы, для которой воздушное дыхание даже важней, чем водное.
У некоторых рыб, например у южно-американской арапаймы, плавательный пузырь имеет ячеистые стенки. Периодически эта рыба захватывает воздух, который через пищевод и особый проток поступает в плавательный пузырь, а сквозь его стенки - в кровеносные сосуды.
Африканские двоякодышащие рыбы - протоптерусы - при пересыхании водоема зарываются в ил и впадают в длительную спячку. Дыхание рыб этих рыб происходит через узенький ход в засохшем грунте. Дополнительные органы дыхания чаще всего встречаются у пресноводных рыб, так как именно в пресных, особенно тропических водах часто создается острый дефицит кислорода.
Все живые существа, включая и рыб, нуждаются в наличии кислорода. Этот газ поглощается организмом при дыхании. В среде обитания рыб – воде – содержится настоящий кислород, а не привычный для нас воздух. Кислород, попадая в организм через жабры или дополнительные органы дыхания, проникает в кровь, которая распространяет его по телу рыбы и поддерживает ее жизнедеятельность. В таком же процессе у человека участвуют легкие вместо жабр.
В воде дыхание рыбин главным образом происходит с помощью жабр. Вода, насыщенная кислородом, поступает через рот непосредственно в глотку. Жабры рыбы состоят из жаберной крышки и мягкой кожной отслойки. Во время так называемого вдоха жаберная крышка открывается, а кожная отслойка наоборот прижимается к телу. За чет этого жаберная полость увеличивается, а давление внутри нее уменьшается, и вода втягивается из глотки. Во время выдоха жаберная крышка закрывается и плотно прижимается к телу, и не дает возможности воде вернуться обратно в глотку. При этом жаберная полость сильно уменьшается, а давление в ней повышается, и вода просачивается через кожную отслойку и выходит обратно в среду обитания данной рыбки.
Такой способ дыхания позволяет поглощать кислород в большей степени. У рыб поглощение кислорода составляет почти тридцать процентов. Например, у млекопитающих он составляет менее четверти от всего вдыхаемого кислорода. Если водоем сильно загрязнен, то многие рыбки всплывают на поверхность за воздухом, но, к сожалению, с помощью жабр нельзя из воздуха усвоить кислород. Поэтому, загрязняя водоемы, мы уничтожаем многие виды рыбок. Но есть одна необычная дальневосточная рыбка, ее название лазающий окунь. Ее двигающиеся чешуя, цепляясь за землю, способствует выходу рыбы на берег. Некоторое время она может дышать воздухом, потому что ее жабры смогли приспособиться к поглощению кислорода из воздуха.
Но некоторые отдельные виды рыб кроме жабр имеют дополнительные органы для дыхания. Например, они могут поглощать кислород через кожу. К ним относятся карпы, караси, угри и другие. Когда кислорода в воде не хватает, они используют для дыхания свою кожу. Если положить такую рыбку во влажную траву, то она может прожить там больше половины суток.
Те, кто имеет дома аквариум, наверняка замечал, что рыбки частенько подплывают к поверхности воды и слегка высовывают свою голову. Многие разновидности аквариумных рыбок обладают особым органом, он называется жаберный лабиринт. С его помощью рыбы могут поглощать кислород прямо из воздуха. В тех случаях, когда у рыбки отсутствует возможность подняться на поверхность воды хотя бы один раз за несколько часов, она может погибнуть.
Возможно, вы будете удивлены, но есть одна рыбка, которая при дыхании использует свой кишечник. Это американский сомик. Глотая воздух, они отправляют его в кишечник, стенки которого имеют множество кровеносных сосудов. Именно в нем кровь обогащается дополнительным кислородом.
Еще есть двоякодышащие рыбы. У них есть подобие настоящих легких, которые смогли образоваться из обычного плавательного пузыря.
Именно так и дышат рыбы!
