Плавательный пузырь рыб. Плавательный пузырь

Стабилизировать положение рыб в воде помогает плавательный пузырь , уменьшающий массу их тела. Он почти газонепроницаем хорошо растяжим и является характерным признаком внутреннего строения рыб. Пузырь наполнен смесью газов: азотом, кислородом и углекислым газом. Поскольку рыбы имеют более высокую плотность, чем вода, важнейшая функция плавательного пузыря состоит в том, чтобы обеспечивать их плавучесть, То есть они могут парить в воде и без затраты энергии, не работая плавниками, оставаться на одной и той же глубине.

Развитие плавательного пузыря

Плавательный пузырь развивается в личинке рыбы из передней кишки и остается у большинства пресноводных рыб в течение всей жизни. После вылупления личинки рыб еще не имеют газа в плавательном пузыре. Чтобы его наполнить, им приходится подниматься к водной поверхности и всасывать там воздух. Рыб тех видов, плавательный пузырь которых имеет прямую связь с кишечником, называют открытопузырными. К ним относятся из наших рыб лососевые (сиги, гольцы, форели, хариусы, щуки) и карповые (карпы, лини, лещи и т.д.). Они в состоянии быстро наполнять плавательный пузырь газом и вновь его выпускать, что позволяет им быстро подниматься из глубины и вновь нырять на глубину.

Рыбы, у которых соединение с кишечником отсутствует, называются закры-топузырными. Плавательный пузырь у них представляет собой закрытый воздушный мешок. Для регуляции газа имеется так называемая газовая железа. К ней присоединена Rete mirabile («чудесная сеть»), сеть капилляров, которая по принципу противотока подводит к железе газ и отводит от нее.

Газовая железа отвечает за повышение давления, а снижение его обеспечивает густо пронизанная капиллярами область в стенке плавательного пузыря, называемая красным телом или овалом. Поскольку выравнивание давления у за-крытопузырных длится намного дольше, чем у открытопузырных. они могут только медленно подниматься из глубоких слоев воды, Поэтому у этих рыб передняя кишка из-за сильно раздувшегося плавательного пузыря высовывается изо рта, если их подсекают на глубине и быстро извлекают на поверхность. Самыми известными закрытопузырны-ми являются окунь, судак и колюшка. У некоторых обитающих вблизи дна рыб плавательный пузырь сильно редуцирован или отсутствует полностью, Сом, как типичный представитель придонных рыб, обладает лишь плохо сформированным плавательным пузырем. Бычок-подкаменщик, который держится между камнями и под ними в ручьях и реках, вообще не имеет плавательного пузыря. Поскольку он плохой пловец, то движется по дну с расставленными в стороны грудными плавниками.

Плавательный пузырь как орган чувств

Наряду с вышеназванными, плавательный пузырь многих рыб выполняет еще и другие функции, например восприятие звуковых и ударных волн у сомов и карпов. Некоторые рыбы могут воспроизводить с помощью плавательного пузыря даже звуки. Большинство рыб достигают этого с помощью специальных групп мышц, которые заставляют колебаться стенку плавательного пузыря. Гольяны выпускают при опасности из плавательного пузыря газ и производят вследствие этого звуки, которые могут восприниматься их сородичами. Из морских рыб прежде всего горбыли и триглы известны своими хрюкающими и урчащими звуками. Интересная деталь в этой связи: во время Второй мировой войны громкие звуки тригл вызывали большое смятение среди команд американских подводных лодок. Акустики нервно выискивали вражеские лодки, пока случайно не заметили, что эти курьезные звуки издают рыбы.

Одно из любимых лакомств рыболовов – рыбий плавательный пузырь, поджаренный на костре… но, разумеется, природа создала этот орган не для человеческой забавы. А для чего?

Ответ очевиден: плавательный пузырь необходим рыбам для того, чтобы плавать – точнее, оставаться на определенной глубине. Это нечто вроде природного гидростатического датчика.

Представим себе, что рыба опустилась чуть поглубже. Давление воды на ее тело сразу же возросло. За счет увеличения давления плавательный пузырь начинает сжиматься, выталкивая из себя воздух – причем происходит это автоматически, управлять данным процессом произвольно рыбы неспособны.

Как мы помним из школьного курса физики, воздух легче воды. Следовательно, если количество воздуха в пузыре уменьшилось, рыба стала несколько тяжелее, и ей становится легче погружаться. Если бы ее вес был постоянным, ей пришлось бы приложить немало усилий для погружения, но можно сказать, что пузырь делает за нее половину работы.

Нервные окончания, пронизывающие пузырь, передают в центральную нервную систему соответствующие сигналы, благодаря которым рыба чувствует, на какой глубине она находится, какое давление испытывает, и она корректирует свое движение в соответствии с этим.

Если же рыба поднимается, то все происходит с точностью до наоборот: давление воды на тело рыбы снижается, плавательный пузырь расширяется, втягивая в себя воздух. Вес рыбы уменьшается, и ей становится легче подниматься.

Такая функция плавательного пузыря объясняет, почему его нет у глубоководных рыб и у тех, которые ведут донный образ жизни – зачем он им, если они никогда и не пытаются всплыть!

Впрочем, гидростатика – это главная, но не единственная функция плавательного пузыря. Рыб принято считать «образцом» молчаливости, но ученые-ихтиологи никогда с этим не согласятся. Рыбы вполне способны подавать сигналы себе подобным, преобразуя колебания воды в звуковые волны – и делают они это тоже с помощью плавательного пузыря.

Каким образом рыбы обзавелись таким полезным приобретением?

На этот вопрос отвечает эмбриональное развитие. Плавательный пузырь формируется из выроста кишечной трубки. В общем-то, это неудивительно, ведь первое, что сформировалось у самых древних многоклеточных – это кишечная полость, прочие органы так или иначе должны были произойти от нее. А вот дальше возможны варианты: проход между кишечником и плавательным пузырем у одних видов рыб зарастает, у других – сохраняется. Это нашло отражение в классификации рыб: первых ученые называют физоклистами (закрытопузырными), а вторых – физостомами (открытопузырными). У физоклистов газы попадают в пузырь из крови через красное тело – скопление капилляров на его стенке, а у физостом – через кишечник, они попросту заглатывают воздух.

Кстати, расширение с втягиванием воздуха, сжатие с его выталкиванием, а у открытопузыпных еще и через рот… вам это ничего не напоминает? Конечно же, легкие! Да, плавательный пузырь – это эволюционный «предок» легких, которыми обзавелись сухопутные животные, и мы – в том числе.

Он развивается как вырост передней части кишечника и имеет вид эластичного мешка, расположенного под .

Его еще называют: гидростатический аппарат. Спуская и набирая газы, этот орган позволяет рыбе плавать на разных глубинах. В пузыре присутствуют такие газы, как азот, кислород, углекислый газ. Газовый состав пузыря разных видов рыб различен: глубоководные рыбы в плавательном пузыре имеют намного больше кислорода, чем виды, обитающие в верхних соях водоемов.
При изменении атмосферного давления рыба сбрасывает «объем» пузыря или набирает его, меняя слои воды на более мелкие или глубокие. Это очень помогает ей экономить мышечную энергию для передвижения в воде. Количество газа в пузыре и его объём регулируются рефлекторно: когда рыба погружается в воду и увеличивается статическое давление, происходит секреция газа и сжатие резервуара; когда же рыба всплывает и происходит уменьшение давления - всасывание газа и растяжение резервуара.

Кроме этого плавательный пузырь выполняет (может являться дополнительным органом дыхания), звукообразовательные функции, а также является резонатором и преобразователем звуковых волн.

Плавательный пузырь рыб имеет систему кровеносных сосудов. У многих рыб этот резервуар соединен с глоткой через специальный проток, однако например окунь такого сообщения не имеет. У некоторых рыб, например карповых , плавательный пузырь состоит из двух частей. Встречаются и трехкамерные резервуары.

Непосредственно объем газов регулируется в плавательном пузыре с помощью двух систем:

— газовой железы: наполняет пузырь газами из крови;

— овала: поглощает газы из пузыря в кровь.

Газовая железа - система артериальных и венозных сосудов, находящихся в передней части резервуара.
Овал - часть внутренней оболочки плавательного пузыря с тонкими стенками, окруженная мышечным сфинктером, находится в задней части пузыря.
Когда сфинктер расслаблен, газы из плавательного пузыря поступают к среднему слою его стенки к венозным капиллярам, и происходит их диффузия в кровь.

При резком изменении давления, например при резком поднятии рыбы со дна на поверхность, часто у нее изо рта выдувается желудок, подпертый пузырем.

Появился этот орган в ходе эволюции, скорее всего, с развитием костного скелета, и он балансировал тяжелый для воды кальциевый скелет рыбы своей легкостью и полостью, позволяя рыбе сохранять свою плавучесть и при наличии этого скелета. Изначально пузырь был придатком кишечника.

У небольшого количества видов рыб плавательный пузырь отсутствует. Это донные и глубоководные рыбы (бычки, камбалы, пинагор ), некоторые быстроплавающие (тунец, пеламида, скумбрия ), а также все хрящевые.

Плавательные пузыри бывают двух видов.  

Плавательный пузырь обеспечивает рыбе нулевую плавучесть, благодаря чему она не всплывает на поверхность и не опускается на дно. Предположим, рыба плывет вниз. Возрастающее давление воды сжимает газ в пузыре. Объем рыбы, а с ним и плавучесть уменьшаются, и, чтобы не утонуть, рыбе пришлось бы совершать движения плавниками. Но вместо этого рыба выделяет газ в плавательный пузырь, так что его объем остается примерно постоянным.  

Плавательный пузырь заполнен воздухом. Питание смешанное с преобладанием эндогенного.  

Плавательный пузырь заполнен воздухом. Личинка активна, заглатывает пишу, но продолжает также питаться и за счет желточного мешка. Личинки плавают в толще воды.  

Но плавательный пузырь служит для рыбы не только гидростатическим аппаратом; как выяснили физиологи, он выполняет и другую, и притом еще более важную функцию, связанную уже с работой кровеносной системы. Когда рыба поднимается из нижних слоев в верхние, где ее тело испытывает меньшее давление, меняется и насыщаемость крови газами. В этих условиях кровь оказывается пересыщенной газами, и если бы эти газы выделялись в виде свободных пузырьков, то это повело бы к закупорке сосудов и гибели рыбы. Плавательный пузырь и является органом, регулирующим содержание газов в крови. На его внутренней поверхности у многих рыб находится так называемое красное тело - сильно разветвленная сеть капилляров, через которые и происходит выделение из крови избытка газов или, наоборот, поглощение газов кровью, если их в ней недостаточно.  

Использование липидов в плавательном пузыре целесообразно по ряду причин. Во-первых, как мы уже говорили, пузыри, наполненные газом, настолько подвержены сжатию, что на больших глубинах в значительной степени теряют свою эффективность. Во-вторых, на большой глубине секреция кислорода в полость пузыря, наполненную газом, может оказаться затрудненной или даже невозможной. Переходу кислорода в плавательный пузырь противодействует высокое обратное давление кислорода, находящегося в пузыре. Однако этого обратного давления, вероятно, не будет, если пузырь наполнен липидами. При высоких давлениях газы более растворимы в липидах, чем в водной среде. Поэтому у глубоководных рыб кислород плавательного пузыря, растворенный в смеси холестерина и фосфолипидов, будет оставаться в пузыре, так как здесь он более растворим, чем в крови.  

Появившийся в ходе эволюции плавательный пузырь освободил парные плавники от поддерживающей функции. Они стали гораздо меньше, чем у акулы и служат для обеспечения устойчивости или для торможения; в последнем случае они расправляются вертикально под углом 90 к телу. Два грудных плавника могут работать независимо один от другого, и благодаря этому рыба может делать быстрый поворот вокруг одного из них как оси вращения. Когда рыба плывет по прямой, парные плавники плотно прижаты к бокам тела, что делает его более обтекаемым.  

Блестящий, наполненный воздухом плавательный пузырь, который лежит в полости тела ближе к спине и прежде всего бросается в глаза, когда мы вскрываем рыбу (если только по неосторожности мы его не проткнули ножницами), хотя и не имеет отношения к перевариванию пищи, однако. У некоторых рыб он остается связанным с пищеводом посредством узкой воздушной трубочки в течение всей жизни (таков, например, пузырь у щукил шуэпа карася, плотвы); у других эта трубка есть тольк. Форма пузыря различна у разных рыб.  

И правда, сколько хлопот с ним: то накачивай в него газы, то выпускай. Рыбам , у которых плавательный пузырь сообщается с кишечником, сельдям, сомам, щукам, тяжело лишь при нырянии — приходится нагнетать газы в пузырь при все увеличивающемся давлении. Зато всплывая, они легко выпускают газовые излишки через рот в воду. А у рыб с закрытым, герметичным пузырем — трески, наваги, кефали, речного окуня — нет клапана, через который можно стравить газ, снизить давление при всплытии. Сначала газы поступают в кровь, а потом через жабры в воду. Процесс весьма трудоемкий и длительный. У речного окуня, когда его тащат на удочке с десятиметровой глубины, пузырь неимоверно распирает тело — увеличивается вдвое. Поэтому на свободе окунь всплывает черепашьим шагом — пять метров в час. Ныряет же он, как и прочие рыбы, в восемь раз медленнее, потому что накачивать газы в пузырь труднее: их сначала с помощью жабр нужно поглотить из воды.

Обычно в плавательном пузыре 17 процентов кислорода, 80 процентов азота, 2,8 процента углекислоты. Но есть и исключения, как, впрочем, и из всякого правила. Так, у лососей в плавательном пузыре 90 процентов азота, у других рыб пузырь надут чистым кислородом, у третьих — заполнен невероятным газовым коктейлем. Эксперименты с мечеными атомами показали, что кислород, наполняющий пузырь, ранее был растворен в воде, а углекислота попала сюда не из воды, а из тканей тела.

Форточкой для проветривания пузыря служит газовая железа — переплетение капилляров. В пузыре угря она занимает квадратный сантиметр. На этой крохотной территории уместились сто тысяч капилляров общей длиной 400 метров. И как ни странно, одной-единственной капли крови достаточно, чтобы до отказа заполнить это хитрое сооружение. В нем на благо рыб трудятся высокоактивные ферменты. Однако, как именно они трудятся, пока не очень ясно. Точно неизвестно даже, как в жабрах кислород переходит из воды в кровь, а потом в пузырь.

Кстати, жабры нужны не только для дыхания. Вез них иной водной жительнице и поговорить не удастся — слова заменяет скрежет жаберных крышек. Порой без жабр и не поешь как следует: через них, как сквозь сито, удобно цедить воду, а задержанную мелкую живность можно отправить в пищевод. Именно так делает селедка. И чтобы есть со вкусом, чувствительные вкусовые луковицы усеяли не только рыбьи рты, но и жабры. Итак, жабрами рыбы дышат, разговаривают и едят. Но этого мало без жабр рыбы не могли бы и напиться. Ведь далеко не все глотают воду, хотя кругом ее сколько угодно, многие предпочитают впитывать влагу через жабры.

На жабрах лежит и такая важная обязанность: поддержание рыбьего солевого обмена. В помощь почкам через жабры из воды вбираются соли, которых недостает в пище, и выбрасываются те, которых слишком много. Дело это хлопотливое: жабрам, например, приходится удалять излишки поваренной соли, несмотря на то, что ее концентрация внутри рыбы меньше, чем в океанской воде.

Словно зная обо всем этом, рыбы внимательно следят за жабрами, стараются держать их в чистоте. Самый простой прием чистки - покашлять, похлопать жаберными крышками. Это избавляет от грязи, приставшей к нежным жаберным листочкам. Но, увы, кашляй хоть час, не от всякой грязи отделаешься. Вот тому невеселое подтверждение: приступы кашля тем чаще одолевают пескарей, чем сильнее вода загрязнена медью и ртутью, попавшими туда из неочищенных промышленных стоков.

Как бы там ни было, не только жабры, но и плавательный пузырь полезен во многих отношениях. Благодаря ему рыбы экономят 70 процентов энергии, необходимой для уравновешивания тела в воде. Кроме того, пузырь — превосходное ухо, чувствует изменения внешнего давления на одну миллионную долю. И поэтому большинство рыб сначала слушают животом — пузырь играет роль резонатора, усиливающего внешние звуки. В нем звуковые колебания превращаются в механические, и затем нервные импульсы передаются в голову — во внутреннее ухо.

Есть у пузыря и еще одна функция, прямо противоположная предыдущей. Большинство рыб — чревовещатели, они разговаривают не жаберными крышками, а с помощью пузыря, даже не открыв рта. Маленькие рыбки попискивают на высоких тонах, а большие рыбины с объемистым пузырем солидно басят. С точки зрения акустики пузырь схож с барабаном. Ударяют по нему особые мышцы, расположенные но бокам рыбьего тела, или обычная скелетная мускулатура, или даже плавники. И барабан этот у разных рыб то ворчит, то хрюкают, то ревет, как пароходная сирена. А рыба спинорог, как заправский джазовый ударник, стучит по своему пузырю специальной костью.

И не любопытно ли, что барабанные мышцы, заставляющие звучать пузырь, у рыб-самок развиты хуже, чем у самцов. Холоднокровные представительницы прекрасного пола и беседуют реже, и звуки у них тише. Так что среди судаков судачат преимущественно солидные отцы семейства. Однако не все рыбьи звуки исходят из пузыря. Например, никто не знает, каким образом бычок выдавливает из своего тельца рычание, кваканье и верещание — пузыря у него нет, а на жаберных крышках или зубами такую симфонию не исполнишь.

Пузырь служит верой и правдой, даже когда рыбы отправляются и свой последний путь — трепещут в зубах хищника или на крючке рыболова. Сильнейшим сжатием плавательного пузыря некоторые рыбы испускают крик боли — дают знать подругам о несчастье. И те бросаются прочь от опасного места. Правда, есть рыбы, которые молча переносят боль, и вряд ли это полезно для вида. Лучше кричать громко: крики страдания горбыля-пескады , запутавшегося в сеть амазонских рыбаков, слышны за 200 метров. И уж эту сеть другие горбыли обойдут стороной.

Примите к сведению , что поверхность нежных жаберных лепестков колоссальна и чем стремительнее их обладательница, тем поверхность больше. Сравните — у скумбрии но грамм тела приходится 1040 квадратных миллиметров площади жабр, у более ленивого гольца — 275 — 432. Но такого рода сведения не окончательны; фотографии, сделанные с помощью электронного микроскопа, показали, что поверхность жаберных лепестков усеяна микрогребнями, которые невероятно увеличивают их и без того гигантскую площадь.