Рыбы дышат под водой с помощью жабр — уникальных органов, приспособленных извлекать растворенный кислород. Механизм дыхания построен на постоянном прокачивании воды через рот и жаберные щели. Некоторые виды освоили дополнительные способы дыхания: кожное, кишечное и даже легочное. В материале подробно разбираем, как именно рыбы получают кислород, что происходит с ними зимой подо льдом и почему на суше они погибают.
Главное о дыхании рыб
Рыбы получают кислород из воды, пропуская ее через жабры — специальные органы с огромной поверхностью, образованной множеством лепестков и капилляров.
Дыхательный цикл выглядит так: вода втягивается через рот, омывает жабры и выходит наружу через жаберные щели. Кровь в капиллярах движется навстречу потоку воды, что позволяет максимально эффективно извлекать кислород.
Многие рыбы используют дополнительные способы дыхания: кожное, через кишечник, с помощью плавательного пузыря, через наджаберные органы. Некоторые способны дышать атмосферным воздухом.
В зимний период подо льдом рыбы экономят энергию, замедляют дыхание и скапливаются в местах с притоком свежей воды —например, около ручьев и подземных источников.
На суше рыбы гибнут не от нехватки кислорода, а потому что их жабры лишаются поддержки воды, слипаются и разрушаются, переставая работать.
Как дышат рыбы в воде
Вода содержит растворенный кислород, который рыбы извлекают с помощью жабр. Концентрация этого газа зависит от температуры воды, ее подвижности, насыщения ветром и наличия подводных течений. Холодная вода удерживает больше кислорода, чем теплая. Дожди и ветер улучшают аэрацию, поэтому после ненастья рыбы становятся активнее.
Процесс дыхания организован следующим образом. Сначала рыба открывает рот, а жаберные крышки плотно смыкаются, перекрывая выход воде. Затем рот закрывается, жаберные дуги раздвигаются, а крышки прижимаются, создавая избыточное давление. Вода проталкивается через жабры, омывает их и выходит наружу через щели.
В жаберных лепестках происходит газообмен. Кровь течет по капиллярам в направлении, противоположном движению воды — это так называемый противоточный механизм. Благодаря ему рыбы усваивают до 80% кислорода из проходящей воды.
Частота дыхания варьируется у разных видов и зависит от условий. Форель при температуре +10 °C делает 60—70 вдохов в минуту. Если кислорода мало, частота может увеличиться до 140—160. Карп при той же температуре дышит реже — около 30—40 движений, а зимой его дыхание замедляется до 1—2 вдохов в минуту.
Строение органов дыхания и их особенности у рыб
Жабры костистых рыб размещены в жаберной полости под защитной крышкой. В их основе лежат пять жаберных дуг. На четырех из них с наружной стороны расположены два ряда лепестков, укрепленных хрящами. Сами лепестки покрыты мельчайшими складками, в которых идет газообмен.
К жаберным лепесткам подходят артерии с венозной кровью. Капилляры пронизывают складки на лепестках, и насыщенная кислородом кровь по выносящим сосудам направляется к спинной аорте.
Количество складок (вторичных лепестков) зависит от вида: у щуки на одном миллиметре их 15, у камбалы — 28, у окуня — 36. Благодаря такой структуре общая дыхательная поверхность жабр во много раз превышает площадь тела. У окуня, например, это соотношение достигает 30-кратной величины.
С внутренней стороны жаберных дуг находятся тычинки. Они выполняют роль фильтра, не позволяя пищевым частицам попадать на нежные лепестки, а хищникам помогают удерживать добычу.
При нехватке кислорода многие рыбы подключают дополнительные механизмы дыхания.
Кожное дыхание. У видов с мелкой чешуей или без нее кожа активно участвует в газообмене. Вьюн через кожу получает до 63% кислорода, а если жабры не функционируют — до 85%. У карпа, карася, сома и угря доля кожного дыхания достигает 17—22%. У окуней и ершей этот показатель не превышает 3—9%.
Дыхание через кишечник. Некоторые рыбы, включая вьюнов и сомов, заглатывают воздух ртом, пропускают его через кишечник и поглощают кислород через богатую сосудами стенку. Таким способом усваивается до половины кислорода из проглоченного воздуха.
Плавательный пузырь. У большинства рыб он служит для регулирования плавучести. Но у двоякодышащих он превратился в подобие легкого с ячеистой структурой и собственным кругом кровообращения. Даже у обычных рыб при острой нехватке кислорода газ из пузыря может частично использоваться для дыхания.
Наджаберные органы. Лабиринтовые рыбы (гурами, петушки) имеют специальный карман в жаберной полости со складчатыми стенками, густо пронизанными сосудами. Они заглатывают воздух с поверхности и дышат им. Без доступа к атмосферному воздуху эти рыбы гибнут даже в чистой воде. У змееголова наджаберный орган устроен иначе — это вырост глотки, стенки которого тоже обильно снабжены капиллярами. Змееголов может подолгу находиться в теплой воде, используя атмосферное дыхание.
Прототип легких. Двоякодышащие рыбы, например, американский чешуйчатник и рогозуб, в процессе эволюции обзавелись легкими, развившимися из плавательного пузыря. Они способны дышать и жабрами, и легкими. При пересыхании водоема протоптеры зарываются в грунт, окружают себя слизистым коконом и впадают в спячку на много месяцев, дыша только воздухом.
Как рыбы дышат подо льдом зимой
С наступлением зимы и образованием ледового покрова поступление кислорода из атмосферы прекращается. Его содержание в воде неуклонно падает. Рыбы снижают подвижность и замедляют обмен веществ.
Они ищут участки с лучшими условиями: глубокие места с песчаным или каменистым дном, зоны впадения рек и ручьев, выходы подземных ключей. Там вода богаче кислородом.
Караси и лини способны выживать в условиях сильного дефицита кислорода благодаря кожному дыханию и низкому метаболизму. Налим сохраняет активность, но тоже тяготеет к местам с притоком свежей воды.
Если содержание кислорода опускается ниже критической отметки (у каждого вида она своя), начинается массовая гибель рыбы. Самые чувствительные — лососевые и осетровые. Самые выносливые — караси, лини, карпы.
Почему рыбы не могут дышать на суше
В водной среде жабры поддерживаются в расправленном состоянии. На воздухе тонкие лепестки под действием силы тяжести слипаются, дыхательная поверхность резко сокращается, и газообмен прекращается. К тому же жабры быстро сохнут и разрушаются.
Большинство рыб погибают вне воды за несколько минут. Но некоторые могут жить довольно долго во влажной среде. Карась способен продержаться до 11 суток, линь — до 7, сазан — до 2 суток, если сохраняется влажность кожи и жабр. Угорь и вьюн при влажной атмосфере живут несколько дней и даже могут переползать между водоемами.
При перевозке живой рыбы без воды именно кожное дыхание обеспечивает ее выживание. Поэтому так важно поддерживать влажность и низкую температуру.
Вопросы и ответы
Ответили на вопросы о дыхании рыб.
Какая рыба может дольше всех обходиться без воды?
Среди пресноводных лидер — карась. Во влажной среде и при низкой температуре он живет до 11 суток. Протоптер в спячке находится без воды месяцами, но это особый случай: он зарывается в ил и дышит легкими.
Как рыбы узнают, что кислорода стало мало?
У них есть чувствительные клетки, реагирующие на изменение концентрации кислорода. При его недостатке рыбы чаще дышат, поднимаются к поверхности, могут заглатывать воздух. Если ситуация ухудшается, они уходят к источникам свежей воды или впадают в оцепенение.
У всех ли рыб есть плавательный пузырь?
Нет. Его нет у хрящевых рыб (акулы, скаты), донных видов (камбала, бычки) и некоторых быстроходных (скумбрия, тунец). У них другие способы регулирования плавучести.
