Для чего рыбе жабры ответ
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.
Зачем рыбам нужны жабры?
Опубликовано 10.12.2014, автор Андрей
Казалось бы, уже давно известны очевидные ответы на риторические вопросы, например, зачем рыбам нужна чешуя или жабры. Однако не все так просто. Многие люди знают, что жабры позволяют подводным обитателям осуществлять дыхательную функцию, а именно – извлекать кислород из воды.
Но ихтиологи нашли еще одну интересную версию, что жабры помогают рыбкам поддерживать химический баланс с окружающей их средой, например, для обмена между организмом и водой ионами калия и натрия.
Не так давно биологи Питер Ромбо и Кларисс Фу из университета Брэндона путем проведения экспериментов подтвердили эту гипотезу с уточнением, что окончательные выводы еще пока не сделаны.
В исследованиях принимала участие радужная форель, а точнее ее зародыши. Исходя из того, что личинка проходит в своем развитии эволюционный путь своих предков, ученые пытались понять, что первично – обмен неонами или кислородом?
В результате зародыши форели попали в определенные емкости, которые обладали двумя отделениями, позволяющими изолировать хвостовую и переднюю часть туловища. Затем проводились изменения уровней обмена кислородом и ионами натрия.
После двухнедельных экспериментов стало известно, что благодаря жабрам обмен ионами проходит гораздо быстрее, чем на коже в хвостовой области. А вот подобные процессы с участием кислорода начинают проявляться лишь спустя 10 дней.
Впрочем, далеко не всех устроили такие результаты. Ученым было предложено провести подобный эксперимент с другими видами рыб, например, миногами или осетрами.
В любом случае данные исследования заставляют задуматься об экологических проблемах, ведь если уже спустя две недели у потомства водных обитателей проявляется подобная восприимчивость к ионам металлов, загрязнение среды в конечном итоге приведет к блокировке функции жабр и вымиранию видов.
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!
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
Зачем рыбе жабры?
Оказывается, жабры у доисторических рыб вовсе не выполняли функцию дыхательных органов. Прарыбы с их помощью обменивались ионами с окружающей средой. Этот факт экспериментальным путем доказали португальские и канадские ученые. В сороковых годах прошлого века датчанин Август Крог, нобелевский лауреат в области медицины и физиологии, активно развивал теорию эволюции жабр у рыб. Суть теории состояла в том, что с увеличением активности и размеров жителей подводного мира, появилась необходимость появления органа, который бы взял на себя дыхательные функции. Кожа, через которую поступал кислород до этого, уже не справлялась со снабжением крови этим жизненно необходимым газом. Кожа растет в пропорции 0,67 относительно увеличения объема организма, а количество требуемого кислорода становится гораздо большим при тех же условиях.
Как это часто происходит с устоявшимися годами теориями, теория возникновения жабр получила неожиданное новое объяснение. Рыбы постоянно производят обмен ионов с водой, в которой живут. У личинок такой обмен по сей день происходит с помощью кожи. Когда ареал обитания стал расширяться, и рыбы начали заселять пресноводные водоемы, в которых, как и в соленой воде, проходил активный процесс минерализации, потребовался мощный механизм для ионизации организма. Так началось развитие первых примитивных жабр. В качестве косвенного доказательства новой теории биологи используют лабораторные эксперименты, проведенные с личинками радужной форели. Целью эксперимента было определить, с каким из процессов – обогащение крови кислородом или поступление в организм ионов натрия, тот может справиться, имея примитивный набор органов. Опыты над личинками показали, что кожа нормально в состоянии выполнять функции появляющихся позже жабр при поглощении кислорода 25 дней, при процессе ионизации 15 дней. Окончательный вывод будет сделан после экспериментов с личинками других видов рыб.
Органы дыхания рыб
На щеках рыбы под костистыми подвижными крышками лежат жабры — органы дыхания. Глотательными движениями рыба прогоняет сквозь тычинки жабр воду, а они собирают из воды растворённый в ней кислород.
В брюшной полости у хребта лежит очень нужный рыбе орган — воздушный пузырь. Это он даёт ей возможность то всплывать, то уходить вглубь. Взмах хвостом, несколько пузырьков изо рта — и рыба на Дне.
У мирных рыб этот пузырь состоит из двух камер. Он как бы перевязан тончайшей ниточкой. У хищников пузырь прикреплён к хребту и выглядит, как длинный белый мешочек. Такие пузыри — у щук, окуней, судаков, налимов, сомов и даже ершей.
Воздушный пузырь — это персональный барометр рыбы, он сигнализирует об изменениях атмосферного давления.