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.
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.
Как рыбы дышат?
Ни одно животное не может жить без кислорода. Он есть в воздухе и растворен в воде. Наземные позвоночные дышат кислородом воздуха; их орган дыхания - легкие. Рыбы добывают кислород из воды, для этого у них есть жабры.
Рыба дышит, набирая воду в рот. Через глотку, в которой есть ряды парных отверстий - жаберные щели, вода поступает к расположенным по обе стороны головы жабрам и, омывая их, вытекает из-под жаберной крышки. При этом растворенный в ней кислород через тончайшие покровы жаберных лепестков, пронизанные кровеносными капиллярами, проникает в кровь, а кровеносная система доставляет кислород в клетки. На воздухе у рыбы наступает удушье, как только жаберные лепестки подсыхают и становятся не проницаемыми для кислорода.
Когда рыбы дышат, они «вдыхают» и «выдыхают» не воздух, как люди, а воду. Понаблюдайте за рыбкой в аквариуме: ее рот и жаберные крышки то открываются, то закрываются, обеспечивая организм свежим водным раствором кислорода.
Однако из этого общего правила есть исключение. В Африке, Южной Америке и Австралии обитают двоякодышащие рыбы, которые дышат не только жабрами, но и плавательным пузырем, соединенным протоком с глоткой. Впрочем, строением их ячеистый плавательный пузырь мало чем отличается от настоящих легких. У большинства современных видов это даже парный орган, как у всех высших позвоночных. Двоякодышащие рыбы втягивают воздух в «легкие» ноздрями при закрытом рте, как и все наземные позвоночные, но, кроме того, они могут дышать и жабрами, как рыбы. Все они - обитатели пресных водоемов, которые в сухой период года частично или полностью пересыхают. Тогда двоякодышащие рыбы залегают в вырытые в грунте норы и впадают в спячку. Африканские протоптеры могут прожить без воды 9 месяцев, а один подопытный протоптер установил рекорд - более четырех лет!
И протоптеры, и южноамериканские чешуйчатники из бассейна Амазонки во время спячки дышат воздухом. Австралийский рогозуб не впадает в спячку и выживает, если от его водоема остается хотя бы зловонная лужа. Даже тогда он, дыша своим непарным «легким», чувствует себя хорошо, но совсем без воды быстро погибает.
Двоякодышащие питаются беспозвоночными, рыбами и земноводными. Нерестятся они в период дождей.
Прежде ученые считали, что наземные позвоночные произошли от древних двоякодышащих. Но теперь твердо установлено, что связующим звеном между рыбами и земноводными были животные из класса почти полностью вымерших кистеперых рыб, а двоякодышащие, тоже вымершие, кроме современных шести видов, - это боковая, тупиковая ветвь эволюции.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
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!
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).
