6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Почему у акулы нет плавательного пузыря. Плавательный пузырь и гидродинамические особенности рыб

Плавательный пузырь, часть 1: общая характеристика

Обитание в воде неизбежно накладывает отпечаток на строение тела рыб. Не только общий план строения, но и многие системы органов, призванные обеспечить жизнедеятельность рыб в водной среде, по своему строению, а иногда и по принципам функционирования, отличаются от подобных у наземных животных. Есть и те, которые являются уникальными, то есть не встречающимися у представителей других групп позвоночных животных.

Расположение плавательного пузыря в теле рыб

Прежде всего, напомню, что ранее мы определили, что рыбами называют сборную группу водных позвоночных животных, которые на протяжении всей своей жизни имеют жабры, а для движения используют конечности плавникового типа. Как видите, ничего о плавательном пузыре, как неотъемлемой характеристике рыб в этом определении не сказано. Почему так произошло, ведь плавательный пузырь не встречается в других группах животных и характерен только для рыб? Ответ прост — дело в том, что этот орган имеют, во-первых, не все группы рыб, а, во-вторых, даже в тех группах, для которых он свойственен, есть виды, утратившие его в процессе эволюции как более ненужный орган.

Основные современные крупные таксоны рыб в отношении наличия/отсутствия плавательного пузыря и выполняемым им функциям характеризуются следующим образом:

Круглоротые (миноги и миксины) — плавательный пузырь отсутствует
Хрящевые (акулы, скаты, химеры ) — плавательный пузырь отсутствует
Целокантообразные (латимерия) — плавательный пузырь редуцирован
Двоякодышащие — имеется, орган дыхания
Многоперовые — имеется, орган дыхания
Хрящевые ганоиды (осетрообразные) — имеется, гидростатический орган
Костные ганоиды — имеется, орган дыхания
Костистые рыбы — имеется, у некоторых редуцирован, гидростатический орган, у небольшого числа видов орган дыхания

Постепенно с изменением древнего климата и освоением рыбами океана дыхательная функция плавательного пузыря утрачивалась и на первое место выходила гидростатическая. Как мы помним, у всех современных групп костистых рыб за небольшим исключением, плавательный пузырь — дорзальный непарный вырост. Такое его положение выгодно отличается от вентрального, потому что в первом случае дорзального расположения центр тяжести тела смещен вниз, что делает положение тела в водной среде более стабильным. Несомненно, что у большинства современных рыб плавательный пузырь эволюционировал из дорзального выроста, который был у их предков. Однако, также не находит значительных противоречий и гипотеза, что у ряда групп плавательный пузырь мог «переползти» с брюшной стороны на спинную. Самое замечательное, что этот процесс мы можем наблюдать у некоторых современных видов, у которых строение плавательного пузыря промежуточное между дорзальным и вентральным расположением. Так у рыб рода Erythrinus пузырь хоть и расположен дорзально, но соединен протоком, отходящим от боковой части кишечника. Еще более интересное строение мы наблюдаем у двоякодышащей рыбы Neoceratodus, у которой плавательный пузырь также расположен дорзально, но соединяющий его с кишечником канал отходит от вентральной части пищеварительной трубки и заворачивается к верху, огибая кишечник. При этом наблюдается и «заворачивание» всей системы — кровоснабжающие сосуды и нервы идут сначала вниз, затем под кишечником и только после этого снова идут вверх к плавательному пузырю.

Читать еще:  Какое лучшее карповое удилище. Рейтинг карповых удилищ: обзор лучших моделей

Наглядно различные варианты положения плавательного пузыря рыб представлены на рисунке ниже.

Положение плавательного пузыря в разных группах рыб

Дальнейшая эволюция плавательного пузыря рыб шла по пути постепенной утраты его связи с кишечником. Канал, соединяющий плавательный пузырь с пищеварительной трубкой, называется воздушным (лат. ductus pneumaticus). У наиболее примитивных групп этот канал широкий и короткий и отходит от передней части кишечника или даже задней части глотки. Такое его положение укорачивает путь в плавательный пузырь для заглатываемого ртом с поверхности воды воздуха. Более продвинутые группы демонстрируют тенденцию к удлинению и утоньшению воздушного канала, а также смешению его в задние отделы кишечника. У наиболее продвинутых групп рыб воздушный канал полностью утрачивается. Те рыбы, у которых связь плавательного пузыря с кишечником имеется, называются открытопузырными, тех, у которых плавательный пузырь не соединен с кишечником называют закрытопузырными.
Соединение плавательного пузыря с кишечником является важным таксономическим признаком и, кроме того, может указывать на древность происхождения тех или иных групп рыб. Так, открытопузырность сохраняется почти у всех Сельдеобразных (Clupeiformes) и Карпообразных (Cypriniformes), у Лососеобразных (Salmoniformes) и Щукообразных (Esociformes), Двоякодышащих (Dipnoi), Многоперовых (Polypteriformes), костных и хрящевых ганоидов. Закрытопузырными являются, например, Окунеобразные (Perciformes) и Трескообразные (Gadiformes).

На этом все. Во второй части рассказа о плавательном пузыре рыб будет детально обсуждаться особенности его строения в разных группах рыб и функции, которые он может выполнять помимо гидростатической.

ПЛАВАТЕЛЬНЫЙ ПУЗЫРЬ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЫБ

Плавучесть рыб (отношение плотности тела рыбы к плотности воды) может быть нейтральной (0), положительной или отрицательной. У большинства видов плавучесть колеблется от +0,03 до –0,03. При положительной плавучести рыбы всплывают, при нейтральной парят в толще воды, при отрицательной погружаются.

Рис. 10. Плавательный пузырь карповых.

Нейтральная плавучесть (или гидростатическое равновесие) у рыб достигается:

1) при помощи плавательного пузыря;

2) обводнением мышц и облегчением скелета (у глубоководных рыб)

3) накоплением жира (акулы, тунцы, скумбрии, камбалы, бычки, вьюны и т.д.).

Большинство рыб имеют плавательный пузырь. Его возникновение связывают с появлением костного скелета, который увеличивает удельный вес костных рыб. У хрящевых рыб плавательный пузырь отсутствует, из костистых его нет у донных (бычки, камбалы, пинагор), глубоководных и некоторых быстроплавающих видов (тунец, пеламида, скумбрия). Дополнительным гидростатическим приспособлением у этих рыб является подъемная сила, которая образуется за счет мускульных усилий.

Плавательный пузырь образуется в результате выпячивания дорзальной стенки пищевода, его основная функция – гидростатическая. Плавательный пузырь воспринимает также изменения давления, имеет непосредственное отношение к органу слуха, являясь резонатором и рефлектором звуковых колебаний. У вьюновых плавательный пузырь покрыт костной капсулой, утратил гидростатическую функцию, и приобрел способность воспринимать изменения атмосферного давления. У двоякодышащих и костных ганоидов плавательный пузырь выполняет функцию дыхания. Некоторые рыбы способны при помощи плавательного пузыря издавать звуки (треска, мерлуза).

Плавательный пузырь представляет собой относительно большой эластичный мешок, который расположен под почками. Он бывает:

1) непарный (большинство рыб);

Читать еще:  Бассейн в цокольном этаже — технология строительства. Как сделать подвальный бассейн

2) парный (двоякодышащие и многоперы).

У многих рыб плавательный пузырь однокамерный (лососевые), у некоторых видов двухкамерный (карповые) или трехкамерный (ошибень), камеры между собой сообщаются. У ряда рыб отплавательного пузыря отходят слепые отростки, соединяющие его с внутренним ухом (сельдевые, тресковые и др.).

Плавательный пузырь заполнен смесью кислорода, азота и углекислого газа. Соотношение газов в плавательном пузыре у рыб различается и зависит от вида рыб, глубины обитания, физиологического состояния и др. У глубоководных рыб в плавательном пузыре содержится значительно больше кислорода, чем у видов, обитающих ближе к поверхности. Рыбы с плавательным пузырем делятся на открытопузырных и закрытопузырных. У открытопузырных рыб плавательный пузырь соединяется с пищеводом с помощью воздушного протока. К ним относятся – двоякодышащие, многоперы, хрящевые и костные ганоиды, из костистых – сельдеобразные, карпообразные, щукообразные. У атлантической сельди, шпрота и хамсы помимо обычного воздушного протока имеется второй проток позади анального отверстия, который соединяет заднюю часть плавательного пузыря с внешней средой. У закрытопузырных рыб воздушный проток отсутствует (окунеобразные, трескообразные, кефалеобразные и др.). Первоначальное заполнение плавательного пузыря газами у рыб происходит при заглатывании личинкой атмосферного воздуха. Так, у личинок карпа это имеет место через 1–1,5 суток после вылупления. Если этого не происходит, развитие личинки нарушается и она гибнет. У закрытопузырных рыб плавательный пузырь со временем утрачивает связь с наружной средой, у открытопузырных воздушный проток сохраняется в течение всей жизни. Регулирование объема газов в плавательном пузыре у закрыто пузырных рыб происходит при помощи двух систем:

1) газовая железа (наполняет пузырь газами из крови);

2) овал (поглощает газы из пузыря в кровь).

Газовая железа – система артериальных и венозных сосудов, расположенных в передней части плавательного пузыря. Овал участок во внутренней оболочке плавательного пузыря с тонкими стенками, окруженный мышечным сфинктером, расположен в задней части пузыря. При расслаблении сфинктера газы из плавательного пузыря поступают к среднему слою его стенки, где имеются венозные капилляры и происходит их диффузия в кровь. Количество поглощаемых газов регулируется изменением величины отверстия овала.

При погружении закрытопузырных рыб объем газов в их плавательном пузыре уменьшается, и рыбы приобретают отрицательную плавучесть, но по достижении определенной глубины адаптируются к ней путем выделения газов в плавательный пузырь через газовую железу. При подъеме рыбы, когда давление уменьшается, объем газов в плавательном пузыре увеличивается, избыток их поглощается через овал в кровь, а затем через жабры удаляется в воду. У открытопузырных рыб овала нет, избыток газов выводится наружу через воздушный проток. Большинство открытопузырных рыб не имеют газовой железы (сельдевые, лососевые). Секреция газов из крови в пузырь развита слабо и осуществляется с помощью эпителия, расположенного на внутреннем слое пузыря. Многие открытопузырные рыбы для обеспечения на глубине нейтральной плавучести перед погружением захватывают воздух. Однако при сильных погружениях его бывает недостаточно, и наполнение плавательного пузыря происходит газами, поступающими из крови.

Почему у акулы нет плавательного пузыря. Плавательный пузырь и гидродинамические особенности рыб

В полном разгаре отпускная пора. Мы откладываем в сторону книги и гаджеты, отправляясь загорать, есть фрукты, играть в пляжный волейбол и, конечно же, плавать. Ну а тот, кто не умеет плавать, завидует с берега и думает: вот бы и мне плавать, как рыбка, а главное, не тонуть! И правда, почему рыбы не тонут?

Читать еще:  Цдк футбольный клуб. Цдка — история

Если посчитать плотность тела обычной рыбы – она будет больше плотности воды на 5%, а это значит, что рыба должна обязательно тонуть!

А вот плотность человека при обычном вдохе равна плотности воды – то есть у человека с точки зрения физики утонуть шансов меньше.

Но у рыбы ведь есть плавательный пузырь. И правда, у некоторых рыб он есть – но это абсолютно не все рыбы. Вывести здесь какое-то общее правило: у кого пузырь есть, а у кого нет – пока не получается. Из двух близкородственных видов со сходным образом жизни один может не иметь пузыря, у другого он вполне развит. Но абсолютно точно пузыря нет у донных и глубоководных рыб: одни просто сидят на дне, как камбала, а другие получили бы взрыв пузыря из-за огромного давления воды.

Нет пузыря также и у акул, поэтому они вынуждены постоянно находиться в движении. Стоит им замедлиться, как они тут же начинают погружаться, поэтому акулы непрерывно двигаются. Как же они спят? А спят они одним полушарием, другое в это время отслеживает добычу. Кроме того, они не имеют тяжёлого позвоночника из костей – у них он сделан из хрящевой ткани.

Тем не менее, некоторые акулы, например, песчаные, сами создают себе плавательный пузырь, просто набирая воздуха в желудок. Что вполне понятно, потому что вообще любой плавательный пузырь – это кусок кишечника, в который набрали воздух.

Но мы же тоже можем так сделать – набрать в лёгкие воздуха и не тонуть! Более того, учёные утверждают, что лёгкие и плавательный пузырь – это органы, имеющие единое происхождение. Какая-то древняя рыба в девонском периоде набрала в лёгкие воздуха и перестала тонуть – так у неё развился плавательный пузырь. Или наоборот.

Согласно современным научным представлениям, действительно, лёгкие берут начало от воздушного пузыря. Во-первых, строение примитивных лёгких во многом напоминает строение воздушного пузыря рыб. Во-вторых, если проследить за человеческим эмбрионом, его лёгкие развиваются из небольшого выпячивания пищевода – точно так же, как формируется и воздушный пузырь. Современные рыбы умеют дышать и в воде, и на суше – они активно пользуются своими парными воздушными пузырями, по сути, примитивными лёгкими.

Эти сухопутные рыбы легко выходят из воды и прекрасно прыгают по суше, отталкиваясь плавниками. Недавнее исследование учёных из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии установило, что 33 различные семейства рыб имеют хотя бы одного представителя, который может какое-то время находиться на суше. Это говорит о том, что некоторые современные рыбы унаследовали данную способность от общего предка. А произошло это из-за приливов и отливов.

Подводя итог, можно сказать о том, что наша возможность держаться на воде примерно равна возможности рыб, так как плавательный пузырь и лёгкие – это практически одно и то же. Нужно только не забыть набрать в них побольше воздуха!

Источники:

http://fishwatching.org/gas-bladder-anatomy/
http://megaobuchalka.ru/15/14850.html
http://nastroenie.tv/episode/95651

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector