Для чего нужны жабры
Зачем рыбам жабры
Вопрос кажется надуманным только на первый взгляд. Жабры участвуют в газо- и водно-солевом обмене и выполняют важные функции:
Незаменимый кислород
Содержание в воде кислорода, необходимого всему живому, в десятки раз меньше, чем в воздухе. Природа наделила рыб жабрами для того, чтобы они могли дышать, извлекая из воды кислород. Подобный «механизм» имеет приличный КПД: успешно поглощается до 30% газа.
Под плотными жаберными крышками находятся нежные жаберные дуги с лепестками и тычинками. В жаберных лепестках насчитывается множество капилляров, и когда вода проходит сквозь жабры, они получают из нее кислород. Кровь, насыщенная кислородом, разносится по всему организму.
Кровоток в жабрах устремлен в направлении, противоположном течению воды, что дает хороший эффект насыщения: кислород из воды извлекается в максимальном объеме.
Выделение
Кроме дыхательных функций, жабры участвуют в процессах выделения. Организм избавляется от углекислого газа, аммиака и мочевины.
Обмен ионами калия и натрия
Около пяти лет назад канадские ученые провели ряд экспериментов, которые доказали, что первоначально жабры предназначались для регулирования химического обмена с внешней средой. Переселение рыб из соленых океанов и морей в пресноводные реки и озера повлекло за собой необходимость приспосабливаться к переменам. Нужное соотношение солей в организме соблюдается благодаря механизму ионного обмена, работающему посредством жабр.
Натуральный фильтр
Жаберные тычинки предохраняют дыхательный аппарат от засорения. Их количество и характер зависит от вида рыб. При помощи жаберных тычинок ряпушка, карась и другие рыбы, питающиеся планктоном, отфильтровывают его из воды и удерживают во рту.
Зачем рыбам жабры?
Однако не все рыбы полностью полагаются на свои жабры, чтобы дышать. Некоторые виды рыб поглощают большую часть необходимого им кислорода через кожу, особенно в молодом возрасте. У других есть легкие или другие дополнительные воздушные камеры, которые созданы для того, чтобы дышать воздухом с поверхности воды, и эти виды рыб могут утонуть, если у них нет доступа к поверхности воды.
Жаберные нити
Жаберные нити у рыб выполняют функции легких людей: это орган, отвечающий за поглощение кислорода и удаление углекислого газа. Жабры также регулируют уровни минеральных ионов и pH крови, а также являются основным местом выведения азотистых отходов в виде аммиака.
Жаберные нити костных рыб также называют «первичными пластинками».
Это сложные конструкции с большой площадью поверхности. Меньшие «вторичные ламели» являются ответвлениями первичных волокон. Вторичные ламели содержат мелкие кровеносные капилляры, и кровь течет в направлении, противоположном воде. В результате вода, текущая рядом с вторичными ламелями, всегда имеет более высокую концентрацию кислорода, чем в крови, поэтому кислород абсорбируется по всей длине вторичных ламелей. Таким образом, углекислый газ пассивно диффундирует из крови в воду.
У активно плавающих рыб сильно развиты жаберные нити, которые максимально поглощают кислород. Сидячие рыбы, живущие на дне, обычно имеют жаберные нити, поглощающие меньшие объемы, поскольку они менее активны и не так быстро используют кислород.
Жаберные дуги
У большинства рыб есть три или более жаберных дуг с каждой стороны тела. Они поддерживают жаберные нити, имеют хрящевую или костную форму и имеют форму бумеранга. Каждая жаберная дуга состоит из верхней и нижней конечностей, соединенных сзади. К жаберным дугам прикреплены жаберные нити и жаберные тычинки.
Жаберные дуги служат опорой как для жабр, так и для кровеносных сосудов. Артерии, которые входят в жабры, приносят кровь с низким содержанием кислорода и высокой концентрацией шлаков. Артерии, выходящие из жабр, содержат кровь с небольшим количеством отходов, богатых кислородом.
Жаберные тычинки
Жаберные тычинки — это костлявые выступы, которые помогают рыбе питаться. Они указывают вперед и внутрь от жаберных дуг. Их количество и форма варьируются в зависимости от рациона рыбы: широко расставленные жаберные тычинки очевидны у рыб, которые поедают крупную добычу, например, другую рыбу, что не позволяет жертве высвободиться и ускользнуть между жабрами. У рыб, поедающих более мелкую добычу, наблюдается большее количество более тонких и длинных жаберных тычинок. Виды, которые потребляют планктон и мельчайшие частицы, взвешенные в жаберных тычинках для водных видов спорта, которые очень длинные и тонкие. У некоторых рыб их больше 150 штук только на нижней дуге. Они помогают собирать в глотке частицы пищи, которые можно проглотить, а вода выходит через жаберные щели.
Почему и как рыбы дышат под водой
Собаки, люди и рыбы дышат по одной и той же причине. Всем нужен кислород. Кислород – это газ, который тела используют для выработки энергии.
Живые существа испытывают два чувства голода – желудочное и кислородное. В отличие от перерывов между приемами пищи, перерывы между дыханиями намного короче. Люди делают около 12 вдохов в минуту.
Может показаться, что дышат только кислородом, но в воздухе много других газов. Когда вдыхаем, легкие наполняются этими газами. Легкие отделяют кислород из воздуха и выделяют остальные газы, которыми тела не пользуются.
Все выдыхают углекислый газ, который тела производят, когда вырабатывает энергию. Так же, как тело потеет, когда занимаетесь спортом, также тело выделяет углекислый газ, когда дышим.
Рыбам также нужен кислород для движения тела, но кислород, который они используют, уже находится в воде. Их тела не такие, как у людей. У людей и собак есть легкие, у рыб – жабры.
Как работают жабры
Жабры рыб видны, когда смотрят на их головы. Это линии по бокам головы рыбы. Жабры также находятся внутри тела рыб, но их нельзя увидеть снаружи – так же, как наши собственные легкие. Можно видеть, как рыба дышит в воде, потому что ее голова становится больше, когда она набирает воду. Также как когда человек заглатывает большой кусок еды.
Сначала вода поступает в рот рыб и протекает через жабры. Когда вода покидает жабры, она возвращается в водоём. Кроме того, углекислый газ, который вырабатывает рыба, также удаляется вместе с водой, когда она покидает жабры.
Забавный факт: рыбы и другие животные с жабрами дышат кислородом, потому что их кровь течет через жабры в противоположном направлении от воды. Если бы кровь текла через жабры в том же направлении, что и вода, рыба не получила бы из неё необходимый кислород.
Жабры подобны фильтру, и они собирают из воды кислород, необходимый рыбе для дыхания. После того, как жабры поглощают кислород (круговорот кислорода), газ распространяется по крови и питает тело.
Вот почему так важно оставлять рыбу в воде. Без воды они не получат кислород, необходимый для здоровья.
Другие механизмы дыхания у рыб
Многие рыбы дышат через кожу, особенно когда рождаются, потому что они настолько малы, что у них нет специализированных органов. По мере роста развиваются жабры, потому что диффузии через кожу недостаточно. 20% или более кожного газообмена наблюдают у некоторых взрослых рыб.
Некоторые виды рыб имеют развитые полости за жабрами, которые заполняются воздухом. У других сложные органы, развитые из орошаемой жаберной дуги, формируются и действуют как легкое.
Некоторые рыбы дышат воздухом без специальной адаптации. Американский угорь покрывает 60% потребностей в кислороде через кожу и 40% заглатывает из атмосферы.
Как дышат рыбы под водой – видео
Что такое жабры: у кого встречаются, функциональное предназначение и строение
Что такое жабры в биологии, какую роль они выполняют? Почему они были сформированы, в чем их отличие от легких, которыми мы дышим? Почему у людей только одна система получения кислорода? Вот эти, а также некоторые другие вопросы и будут рассмотрены.
Вводная информация
Начать следует с определения. Что такое жабры? Это специфические органы дыхания, которые специализируются на проведении газообмена между организмом и водной средой. Наличие активной или пассивной циркуляции воды и крови или (гемо) лимфы, как правило, позволяет обеспечить максимальное диффузное поглощение кислорода постоянно подтекающей кровью, которая обедненная на предмет содержания О2. Жабры могут существенно различаться по происхождению, строению и местоположению у различных видов и семейств. Давайте рассмотрим это более подробно.
Что они собой представляют?
Было рассмотрено, что такое жабры в общем случае. А теперь более специализированно:
Вот, что такое жабры.
Замолвим слово об отдельных представителях
Наиболее известное широким массам населения является присутствие таких органов дыхания у рыб и им подобных водных обитателях. Это связано с тем, что практически каждый на той или иной регулярной основе употребляет их. Газообмен осуществляется или на течении при движении, или во время отдыха. Также есть представители с самостоятельно открываемыми отверстиями. У костных рыб вода прокачивается через жабры благодаря действию крышек и рта даже в неподвижном состоянии.
Но самое необычное – это жабры у насекомых. У них часто имеется трахейная система закрытого типа, то есть нет прямого сообщения с внешней средой. Для обеспечения возможности дышать в эволюционном процессе было выработано особое приспособление. Оно называется трахейными жабрами. Обычно выглядит как складка кожи, обладающая листовидной формой. Располагаются они, как правило, на брюшке около места нахождения дыхальца.
А как же с людьми?
Было уже рассмотрено, что такое жабры у рыб, насекомых и позвоночных. Вот только о людях еще разговора не было. Когда-то давно и у наших предков также были жабра, еще когда они жили в водной среде. Но затем началось осваивание суши. В результате жабры были заменены на более эффективные легкие, которые могут быстро извлекать столь необходимый кислород из воздуха. А все малоэффективные органы атрофировались от ненужности.
Как дышат рыбы
Даже дети знают, что если вынуть рыбку из воды, она вскоре погибнет. Большинство представителей ихтиофауны могут полноценно дышать лишь в воде, но и из этого правила есть исключения. Как осуществляется процесс дыхания у рыб, какие органы в нем участвуют, как природа позаботилась о представителях ихтиофауны, живущих в весьма неблагоприятных со всех точек зрения условиях?
Гарантируем, что даже бывалые рыболовы и аквариумисты узнают много нового о своих покрытых чешуей (а иногда – и не покрытых) старых добрых знакомых. Вы наверняка удивитесь, узнав, что существуют рыбы, месяцами обходящиеся без воды и даже почти лазающие по деревьям! Ихтиофауна полна тайн и загадок, разгадать которые вы сможете по мере прочтения этой публикации.
Дыхание как процесс
Растениям кислород необходим для осуществления фотосинтеза, животным – для участия во всех обменных процессах. Мы вдыхаем воздух, насыщенный кислородом, через нос или рот, он поступает в легкие, затем в кровь, с током которой разносится по всему организму к каждой клетке, и возвращается обратно, уже с большей долей углекислого газа.
Аналогичным образом дышат и рыбы, только кислород они черпают преимущественно из воды, а не из воздуха. Вода в морях и океанах насыщена кислородом замечательно, а вот в пресноводных водоемах с его концентрацией возникают проблемы. Вода может стать бедной живительным газом по причине:
Какой бы ни была причина снижения концентрации кислорода, рыбам остается два варианта: либо приспосабливаться, либо вымирать. Именно поэтому природа наделила большинство современных рыб способностью впадать в оцепенение, замедлять метаболизм и снижать потребность в кислороде на некоторое, порой весьма приличное время.
Зачем рыбам жабры
Наверняка вы знаете, что основным органом дыхания рыб являются жабры. Из этого правила не существует исключений: рыб без жабр не бывает (ну почти, но об этом позже). А вот устройство их очень разное: иногда эти парные органы очень отдаленно напоминают всем известные жабры карася или карпа.
Наиболее сложно устроены жабры у костистых рыб, то есть, у большинства известных нам обитателей водоемов. Они имеют сложное устройство и непревзойденную эффективность: способность усваивать из воды до 30% растворенного кислорода – это рекорд, недоступный легким млекопитающих (в приложении к воздуху, разумеется).
Строение жабр костистых рыб
Жабры костистых рыб устроены достаточно сложно. Обычно они состоят из:
У всех костистых рыб рот соединен с жаберным аппаратом. На вдохе рыба открывает рот, «закачивая» воду в максимально раздутые жабры (крышки в это время плотно закрыты). Лепесточки через капилляры выводят продукты оксигенации во внешнюю среду и обогащают кровь кислородом. На выдохе рот закрывается, крышки раскрываются, жабры несколько сжимаются, продукты распада уходят в окружающую среду.
Дыхание хрящевых рыб
Хрящевые рыбы, те же акулы и скаты, имеют принципиально иной жаберный аппарат. У большинства акул он представляет собой ряд пластинок, куда вода поступает через щелевидные отверстия. Жаберные крышки отсутствуют в принципе, посему активно дышать, прогоняя воду через жаберный аппарат, акулы не могут.
Пассивное дыхание обеспечивается лишь во время движения, когда открытые жабры щедро омываются водой (благо, в морях-океанах она богата кислородом). Поэтому хищница вынуждена двигаться постоянно, даже во время сна (о механизмах которого ихтиологи спорят до сих пор), иначе попросту задохнется. Процессу дыхания способствуют и специальные брызгальца, расположенные позади глаз и подающие свежую воду на жабры.
Интересно, что пассивно дышат и прилипалы – сравнительно небольшие рыбки, наиболее часто паразитирующие на телах акул. Имеется такая способность у тунцов и скумбрий, хоть и с жаберными крышками у них все в порядке.
Немного о круглоротых
Круглоротых и рыбами назвать нельзя – биологи относят их в отдельный класс. Среди них наиболее известны миноги и миксины. Это самые примитивные позвоночные очень древнего происхождения, преимущественно паразитирующие на других представителях ихтиофауны. Их ротовой аппарат лишен челюстей, но усеян острыми зубами, что позволяет прогрызать кожу потенциальных «хозяев».
Дыхательный аппарат круглоротых представлен особыми мешками. Например, у той же миноги аж семь пар дыхательных мешков, каждый из которых снабжен двумя отверстиями (внутреннее ведет в дыхательную трубку, наружное – в окружающую среду). Это дает возможность миноге дышать при любых условиях: она не испытывает кислородного голодания, даже зарывшись в песок или присосавшись к «хозяину».
Вспомогательные органы дыхания
Как правило, природа «встраивает» в рыб и вспомогательные органы дыхания. И чем менее благоприятны условия обитания, тем больше таких вспомогательных органов, тем большая нагрузка ложится на них.
Выяснено, что большинство рыб вентилирует жабры плавниками. Конечно, они играют вспомогательную функцию, но важность ее сложно переоценить. Движения плавников способствуют быстрейшему току воды и омовению жабр, что особенно важно в бедной кислородом воде небольших стоячих водоемов.
Дело в том, что жабры работают только в воде: усваивать кислород из воздуха они неспособны. На суше они обсыхают и склеиваются, что ведет к быстрой гибели особи. Чем более герметично жаберные крышки способны закупорить деликатное содержимое, тем дольше рыба проживет без воды. Именно поэтому сельдь, толстолобик, форель погибают практически сразу, а карп, сазан или карась могут часами и даже днями лежать в мокрой траве без ощутимого вреда для здоровья.
Чтобы как-то позволить рыбам пережить не лучшие времена, природа наделила их резервными возможностями, подчас поражающими воображение.
Давайте немного отклонимся от рыбьей темы и вспомним о порах на нашей коже. В Средние, не очень просвещенные, века, порой людей покрывали краской, дабы придать им сходство со статуями (самодурство власть имущих, что поделать). Если краску оставить на коже на несколько часов, а потом смыть, особого вреда здоровью это не нанесет. А вот если насыщенное токсинами покрытие продержать несколько суток, человек, скорее всего, умрет: он отравится и задохнется одновременно. Это теперь-то мы знаем, что кожа должна дышать!
Аналогичная картина наблюдается и у рыб – им в большей или меньшей степени присуще кожное дыхание. Конечно, много кислорода через кожу не получишь, но нужно учитывать и тот факт, что организм оцепеневшей на воздухе рыбы потребляет его в разы меньше. Однако нужно учитывать, что в большинстве случаев у представителей ихтиофауны может дышать только мокрая кожа.
Осетрина в столице всегда была в чести, но технологии заморозки появились лишь недавно. Ранее крупных осетров везли в стольный град в брезентовых люльках, а более мелкую стерлядь – в корзинах, наполненных влажным мхом. Иногда в рты осетровых вкладывали тампоны, пропитанные крепким алкоголем, вследствие чего рыба обалдевала и неплохо переносила путешествие длительностью в несколько дней.
Плавательный пузырь
Пожалуй, нет у рыб более многофункционального органа, чем плавательный пузырь. Это и орган равновесия, и резонатор, позволяющий усилить акустические и другие сигналы, и этакий «спасательный круг», позволяющий рыбе держаться на выбранном горизонте воды, не прилагая к этому ни малейших усилий.
Практически все представители ихтиофауны, обитающие в наших водоемах, умеют нагнетать и стравливать воздух из этого органа, но некоторые рыбы научились им даже дышать! Заглатывают атмосферный воздух с транспортировкой его не только в жабры, но и в плавательный пузырь многие обитатели водоемов (слышали, как «чавкают» в зарослях сазаны и караси?), но полноценную дыхательную функцию этот орган выполняет лишь у двоякодышащих, о которых мы поговорим чуть позже.
Ученые полагают, что первичной функцией плавательного пузыря у доисторических видов была именно дыхательная, и только потом, с появлением костистых рыб, она преобразовалась в гидростатическую.
Кишечник
Да-да, вы не ослышались: существуют рыбы, способные заглатывать воздух и пропускать его через пищеварительный тракт с целью обогащения организма кислородом. Наиболее ярким примером такого явления являются сомики рода Corydoras.
В связи с этим нельзя не упомянуть и известного нам вьюна: у него кишечник играет важнейшую дыхательную роль. При благоприятных условиях вьюн дышит жабрами, но при дефиците кислорода он задействует и вспомогательный орган. Он заглатывает атмосферный воздух, пропускает его через желудок и кишечник, испещренный густой сетью капилляров, а затем выпускает наружу через анальное отверстие.
Неэстетично? Зато практично: эта небольшая рыбка может дышать атмосферным воздухом даже сквозь слой ила, дожидаясь дождей или паводка в относительно комфортных и безопасных условиях.
Лабиринт
Особый орган дыхания под названием «лабиринт» позволяет некоторым представителям ихтиофауны практически полноценно дышать атмосферным воздухом. Этот орган парный, расположен над жабрами. При вдохе атмосферный воздух попадает в камеры лабиринта, испещренные сосудами, и обогащает кровь кислородом.
Обитатели наших водоемов не могут похвастаться наличием этого органа (за исключением, разве что, змееголова), но многие аквариумные рыбки умеют дышать именно при помощи лабиринта. Секрет кроется в том, что рыбки эти в естественных условиях живут в тропиках, где даже в нормальных условиях вода бедна кислородом, да и засухи нередки.
Те же гурами периодически поднимаются к поверхности воды, чтобы заглотить воздуха. Кстати, если лишить их такой возможности, они попросту задохнутся, то есть жабры в данном случае делят дыхательную функцию с лабиринтом, но не заменяют его.
Двоякодышащие рыбы
Существуют рыбы, которые практически с одинаковым успехом могут усваивать кислород как из воды, так и воздуха. Вот их с полным правом можно назвать истинными чемпионами по выживанию, которых не напугаешь самыми суровыми условиями.
Двоякодышащие – одни из древнейших представителей ихтиофауны. Долгое время их считали вымершими, и только каких-то 150 лет тому назад ихтиологи сделали потрясающее открытие: в засушливых районах Африки и Австралии двоякодышащие живут и неплохо себя чувствуют!
Дело в том, что помимо жабр, двоякодышащие имеют и орган, по функциям аналогичный нашим легким. Доказано, что развился он из плавательного пузыря и в ходе эволюции обзавелся ячеистой структурой и сетью капилляров. Некоторые ученые полагают, что именно двоякодышащие рыбы предвосхитили выход животных из водной стихии на сушу.
Африканский протоптерус при высыхании водоема зарывается в ил, который, засыхая, образует вокруг его тела плотный кокон. Там протоптерус впадает в спячку, дыша атмосферным воздухом через отверстие в иле, причем проспать таким образом может несколько лет. Как только вода растворит кокон, протоптерус проснется и начнет вести приличествующий рыбе образ жизни. А вот рогозуб (австралийский эндемик) переживает засуху в локальных бочагах, дыша исключительно атмосферным воздухом – кислорода в таких лужах крайне мало.
Интересные факты
Вы еще не устали удивляться? Тогда еще несколько интересных фактов на закуску:
В этой публикации приведены самые примечательные особенности дыхания различных представителей ихтиофауны, но по факту их значительно больше. Мир рыб слишком удивителен и многогранен, чтобы изучать его исключительно с гастрономической точки зрения!