Плавательный пузырь - непарный или парный орган рыб, выполняющий гидростатическую, дыхательную и звукообразовательную функции .
Плавательный пузырь, выполняя гидростатическую функцию, одновременно участвует в газообмене и служит органом, воспринимающим изменения давления (барорецептором). У некоторых рыб он участвует в произведении и усилении звуков. Возникновение плавательного пузыря обычно связывают с появлением костного скелета, увеличивающего удельный вес костных рыбы.
Плавательный пузырь имеется у ганоидных и большинства костистых рыб. Он образуется, как вырост кишки в области пищевода и расположен позади кишечника в виде продольного непарного мешка, который сообщается с глоткой посредством воздушного хода (ductus pneumaticus). На стороне, обращенной к полости тела, плавательный пузырь покрыт серебристой пленкой брюшины. Позади он примыкает к почкам и позвоночнику.
Нейтральная плавучесть костных рыб обеспечивается, прежде всего, специальным гидростатическим органом - плавательным пузырем; одновременно он выполняет и некоторые добавочные функции. Использование находящихся в пузыре газов, в частности кислорода, может происходить через капилляры в овале - участке пузыря с утонченными стенками, снабженном кольцевой и радиальной мускулатурой. При раскрытом овале газы диффундируют через тонкую стенку в сосудистое сплетение и поступают в кровяное русло; при сокращении сфинктера уменьшается поверхность соприкосновения овала с сосудистым сплетением и резорбция газов прекращается. Изменяя содержание газа в плавательном пузыре, рыба может в некоторых пределах менять плотность тела и тем самым плавучесть. У открытопузырных рыб поступление и выделение газов из плавательного пузыря происходит преимущественно через его проток.
У превосходных пловцов, совершающих быстрые вертикальные перемещения (тунцы, обыкновенная скумбрия, пеламида), и у донных обитателей (вьюновых, бычков, морских собачек, камбал и др.) плавательный пузырь часто редуцируется; эти рыбы имеют отрицательную плавучесть и сохраняют положение в толще воды за счет мускульных усилий. У некоторых беспузырных рыб накопление жира в тканях снижает их удельный вес, увеличивая плавучесть. Так, у скумбрии содержание жира в мясе доходит до 18-23,% и плавучесть может стать почти нейтральной (0.01), тогда как у пеламиды при содержании в мышцах всего 1-2% жира плавучесть равна 0.07.
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 уменьшается и рыба выделяет газ в плавательный пузырь, так что его объем остается постоянным. Поэтому, несмотря на повышение внешнего давления, объем, рыбы остается постоянным и выталкивающая сила не изменяется.
Например:
Акулы находятся в движении с первого до последнего дня своей жизни и отдыхают только на дне, так как отсутствие плавательного пузыря лишает их той плавучести, которой обладают костистые рыбы. Отсутствие плавательного (или, как его иначе называют, воздушного) пузыря не позволяет акуле неподвижно "висеть" на любой глубине. Тело ее плотнее, чем вытесненная им вода, и держатся на плаву акула может, только безостановочно двигаясь.
Еще одна приспособительная черта многих видов литоральных рыб - полное отсутствие плавательного пузыря или сильная его редукция. Поэтому эти рыбы обладают отрицательной плавучестью, т.е. их тело тяжелее воды. Эта особенность позволяет им лежать на дне, где самое слабое течение и множество укрытий, не прилагая особых усилий к тому, чтобы не быть унесенными отливом.
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.
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.
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);
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.
Плавательный пузырь может выполнять гидростатические, дыхательные и звукообразовательные функции. Отсутствует у парусниковых , а также рыб, ведущих донный образ жизни и у глубоководных рыб. У последних плавучесть обеспечивается в основном за счет жира благодаря его несжимаемости или за счёт более низкой плотности тела рыбы, как например, у анциструсов , голомянок и рыбы-капли . В процессе эволюции плавательный пузырь преобразовался в лёгкие наземных позвоночных .
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Биология 74. Рыжая лисица. Плавательный пузырь у рыб - Академия занимательных наук
Биология | Подготовка к олимпиаде 2017 | Задача "Плавательный пузырь"
Белов Александр Иванович, Ложь Дарвинизма
Субтитры
Описание
В процессе эмбрионального развития рыб плавательный пузырь возникает как спинной вырост кишечной трубки и располагается под позвоночником . В процессе дальнейшего развития канал, соединяющий плавательный пузырь с пищеводом, может исчезнуть. В зависимости от наличия или отсутствия такого канала рыбы делятся на открыто- и закрытопузырных. У открытопузырных рыб (физостом ) плавательный пузырь в течение всей жизни связан с кишечником воздушным протоком, через который газы поступают внутрь и выводятся наружу. Такие рыбы могут заглатывать воздух и таким образом контролировать объём плавательного пузыря. К открытопузырным относятся карпы , сельди , осетровые и другие. У взрослых закрытопузырных рыб (физоклистов ) воздушный проток зарастает, а газы выделяются и поглощаются через красное тело - густое сплетение кровеносных капилляров на внутренней стенке плавательного пузыря.
Гидростатическая функция
Основная функция плавательного пузыря у рыбы - гидростатическая. Он помогает рыбе оставаться на определённой глубине, где вес вытесняемой рыбой воды равен весу самой рыбы. Когда же рыба активно опускается ниже этого уровня, тело её, испытывая большее наружное давление со стороны воды, сжимается, сдавливая плавательный пузырь. При этом вес вытесняемого объёма воды уменьшается и становится меньше веса рыбы и рыба падает вниз. Чем ниже она опускается, тем сильнее становится давление воды, тем больше сдавливается тело рыбы и тем стремительнее продолжается её падение. Наоборот, при всплытии ближе к поверхности газ в плавательном пузыре расширяется и уменьшает удельный вес рыбы, что ещё больше выталкивает рыбу к поверхности.
Таким образом, основное назначение плавательного пузыря - обеспечивать нулевую плавучесть в зоне обычного обитания рыбы, где ей не надо тратить энергию на поддержание тела на этой глубине. Например, акулы , у которых плавательный пузырь отсутствует, вынуждены поддерживать глубину своего погружения постоянным активным движением.