Фото: © Виктор Застольский / Фотобанк Лори. Рисунок: Sharon High School.commons.wikimedia.org.wiki. Карп (Cyprinus carpio carpio) может заглотить немного воздуха, всплыв на поверхность, и он попадёт в плавательный пузырь из пищевода по узкому каналу. Фото Сергея Горланова. У окуня морского (Sebastes sp.), как, впрочем, и у речного, пузырь замкнут и полностью отделён от кишечника. Фото: jovibor. У песчаной акулы (семейство Odontaspididae) нет плавательного пузыря. Его роль выполняет обособленная часть желудка. Фото: Richard Ling / Wikimedia Commons / CC-BY-SA-2.0. Камбалы, как и многие другие донные рыбы, обходятся вообще без плавательного пузыря. На фото: леопардовая камбала, или пятнистый ботус (Bothus pantherinus). Фото: © Сергей Дубров / Фотобанк Лори. ‹
Всем известно, хотя бы из приключенческих и военных кинофильмов, как маневрирует на глубине подводная лодка. У неё есть специальные цистерны, куда можно закачивать забортную воду либо вытеснять её сжатым воздухом. Больше воды — лодка тяжелеет и погружается глубже, больше воздуха — всплывает.
Примерно так же поступают и многие рыбы. Только цистерна у них эластичная, меняющая свой объём — это плавательный пузырь, лежащий в брюшной полости. Вы наверняка его видели, если когда-либо наблюдали, как чистят свежую рыбу.
Типичная рыба примерно на 5% тяжелее воды. Если она не будет прилагать усилий, то опустится на дно. Плавательный пузырь уравнивает удельный вес рыбы с удельным весом воды, что позволяет рыбе висеть неподвижно, не всплывая и не опускаясь. А чтобы ненамного изменить глубину, достаточно слегка подрабатывать плавниками. Регулировать глубину, разумеется, надо и на ходу. Физиологи определили, что плавательный пузырь, поддерживая плавучесть при небольшой скорости, экономит рыбе до 60% усилий, а при быстром движении — более 5%. Кстати, человек при неглубоком дыхании имеет тот же удельный вес, что и вода, а сделав глубокий вдох, он становится легче воды. Так что утонуть нам не так-то легко.
В эволюции плавательный пузырь возник из кишечника. Часть пищевода или желудка обособилась и стала служить не для питания, а для регуляции удельного веса рыбы. На этом этапе эволюции находится, например, песчаная акула: у неё нет плавательного пузыря, но часть желудка обособлена в виде кармана, в который акула заглатывает немного воздуха, чтобы не тонуть.
У некоторых рыб (например, лососёвых, сельдей, карпов) между плавательным пузырём и пищеводом остался узкий канал. Они могут, всплыв на поверхность, заглотить в пузырь воздух, что позволит оставаться в верхних слоях водоёма. Если надо погрузиться глубже, рыба может немного выдохнуть.
У других рыб (тресковых, окунёвых, хека) пузырь совершенно замкнут и отделён от кишечника. Для того чтобы поддуть или слегка спустить его, нужен насос. Насоса у таких рыб даже два, и расположены они в самом пузыре. Особая железа посредством хитрого биохимического механизма забирает газы из крови (а туда они попадают через жабры из воды — ведь в воде даже на большой глубине растворены газы воздуха) и выводит их в пузырь. На другом конце пузыря имеется участок, пронизанный кровеносными сосудами. Через них газы при необходимости переносятся обратно в кровь. Оба процесса идут довольно медленно.
А зачем рыбам вообще менять глубину? Прежде всего, в погоне за пищей, например планктоном, который то всплывает, то погружается. Ещё — чтобы скрыться от хищников, поджидающих на определённой глубине. Некоторые виды всплывают или погружаются для нереста, а вне периода размножения живут на другой глубине.
Наконец, у многих рыб плавательного пузыря вовсе нет. Это донные виды, например камбала, которые тихонько плавают у дна и собирают с него пищу. Плавательного пузыря нет у хрящевых рыб — акул и скатов. Возможно, потому, что их скелет, состоящий из хрящей, легче костного скелета других рыб. Обходятся без пузыря и быстро плавающие хищные рыбы, например тунец, атлантическая скумбрия (её скорость в броске достигает 77 км/ч). Мощная мускулатура этих хищников позволяет им быстро менять глубину и сопротивляться погружению. Но вывести какое-то общее правило — у кого и почему пузырь есть, а у кого нет — довольно трудно. Из двух близкородственных видов со сходным образом жизни один может не иметь пузыря, у другого он вполне развит.
У рыб есть и иные способы снизить удельный вес, чтобы не тонуть. Например, накапливать жир, ведь он легче воды. Так, у одного из видов акул печень на 75% состоит из жира (у млекопитающих в печени 5% жира). Другой вариант — за счёт активной работы почек избавляться от тяжёлых солей в крови и других жидкостях внутри тела. Недаром моряки, потерпевшие кораблекрушение, если в шлюпке кончился запас пресной воды, пьют сок, выжатый из морских рыб: он почти пресный.
Но если какой-то орган у живого организма есть, надо использовать его как можно шире, чтобы зря не простаивал. Некоторые рыбы издают с помощью своего пузыря звуки, другие используют его как резонатор для повышения чувствительности слуха. Пузырь может служить датчиком глубины: при всплытии его объём увеличивается, при погружении уменьшается, и нервные окончания это чувствуют. Наконец, воздух из пузыря рыба может использовать как запас для дыхания при спринтерском рывке.
И вот что интересно: из плавательного пузыря рыб возникли лёгкие наземных позвоночных, в том числе человека.
Гуляет, резвится,
И счета ей нет.
И панцирь на каждой
Надет
Из монет.
/В. Каризна/
Конечно, это рыба — обитающее в воде холоднокровное позвоночное животное, дышащее жабрами.
«Рыба ищет где глубже, а человек — где лучше», — гласит известная поговорка. Почему рыба не тонет, если постоянно плавает на глубине?
Оказывается, организм рыб приспособлен для обитания под водой. В первую очередь, у большинства этих животных есть плавательный пузырь, наполненный газом или жиром. Он расположен под самой тяжелой частью тела, позвоночником, и помогает рыбе оставаться на определенной глубине, где она обычно кормится, без особых усилий. Также, благодаря пузырю, рыба может быстрее всплыть или погрузиться на дно. Когда рыба всплывает, давление воды на ее тело уменьшается, пузырь расширяется, и она быстрее поднимается. И наоборот, когда рыба погружается, вода сильнее ее сжимает, пузырь уменьшается, и рыба быстрее тонет. Самый большой плавательный пузырь у летучих рыб. У них он расположен вдоль позвоночника вплоть до самого хвоста.
Но не только плавательный пузырь помогает рыбам свободно держаться в воде. У некоторых видов рыб он вообще отсутствует. Они способны держаться в воде, активно работая плавниками и хвостом. Правда, когда эти рыбы перестают двигаться, они падают на дно. В основном так устроены донные и глубоководные рыбы, акулы и скаты, любители полежать на дне водоема.
Теперь вы знаете, почему рыба не тонет. Не зря для описания комфортного, уютного состояния или ощущения используется устойчивое словосочетание «как рыба в воде».
Почему у рыбы жабры, а не легкие
Протоптер африканский
В воде и на суше условия дыхания очень отличаются друг от друга. Рыбьи жабры — это особый орган, поглощающий кислород из воды. Жабры состоят из тонких пластинок или мелких лопастей, густо снабженных кровеносными сосудами. Рыба заглатывает ртом воду, которая проходит через жабры и выливается через специальное отверстие. Таким образом кислород из воды попадает в кровь рыбы. Устройство жабр не позволяет дышать на воздухе, так как их тоненькие пластинки, лишенные опоры воды, слипаются между собой и рыба погибает.
В свою очередь, орган воздушного дыхания — легкие — не приспособлены для использования под водой. Легкие напоминают губку, состоящую из маленьких шариков, куда попадает воздух. Шарики разделены между собой тончайшими перегородками с кровеносными сосудами, которые поглощают кислород, попавший в них. Если в легкие попадает вода, она через тонкие стенки пузырьков проникает в кровь. Сердце не справляется с резко увеличившимся объемом крови и останавливается.
В природе существуют рыбы, имеющие и жабры, и легкие — так называемые двоякодышащие рыбы. Это очень древняя группа. До наших дней дожили только 6 ее видов: австралийский рогозуб из отряда однолегочных, американский чешуйчатник из отряда двулегочных и 4 вида африканского рода протоптерус, также из отряда двулегочных. Все они пресноводные рыбы.
Правда ли, что легкие произошли от воздушного пузыря двоякодышащих рыб?
Александр Марков 733 4 года назад д.б.н., ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН
Легкие и плавательный пузырь — гомологичные органы (то есть, имеющие единое происхождение). В ходе развития они закладываются как выросты пищевода. У разных современных и вымерших рыб такие выросты могут быть непарными или парными. Предполагается, что не легкие произошли от плавательного пузыря, а скорее наоборот, то есть исходная функция таких выростов была скорее дыхательной. Они появились у костных (но не у хрящевых) рыб в девонском периоде и служили изначально в качестве примитивных легких в условиях жаркого климата и мелких водоемов с пониженным содержанием растворенного кислорода, что делало жаберное дыхание недостаточным. Рыбы заглатывали воздух ртом, этот воздух попадал в специальный вырост пищевода с большим количеством капилляров и там из него кислород попадал в кровь. В дальнейшем из этих примитивных легких у кого-то развились полноценные легкие, у кого-то — плавательный пузырь.
Сегодня у нас снова опыты с водой. И вопрос то был очень простой: «Почему рыбы не тонут?». А, действительно, почему? И даже не рыбы, будем дальновиднее. Почему подводные лодки не тонут? Ответ-то лежит на поверхности.
Итак, у нас есть виноградина. Бросаем ее в воду и смотрим. Она ожидаемо идет ко дну. Кстати, перед тем как бросать что-то в воду, всегда интересуемся у ребенка его предположениями. Про виноград сын сказал, что он утонет.
Тогда берем бутылку газированной воды и бросаем виноградину в нее. Виноград опускается на дно. Затем на него садятся пузырьки воздуха, и виноград поднимается к поверхности.
У поверхности пузырьки лопаются, и виноград снова тонет. И так много-много раз подряд. Зрелище – не оторваться! Отсюда простой вывод: воздух позволяет виноградине всплывать.
Продолжим? Мы только «за»!
Берем апельсин и бросаем его в тазик с водой. Он плавает.
Тогда очистим его от кожуры и снова бросим: он утонет.
Почему? Очевидно, что в кожуре есть воздух. Действительно, трогаем ее пальчиками – она пористая. А если кожуру бросить в воду? Она плавает!
— Так почему же рыбы не тонут?
— В них есть воздух. — Ответил мне сын. И верно, у рыб есть воздушный пузырь.