почему у рыб холодная кровь
Надкласс рыбы
Общими признаками всех рыб является наличие обтекаемой формы тела, жизнь в воде. Тело подразделяется на голову, туловище и хвост. Хорошо развиты органы чувств: зрения, обоняния, слуха, осязания, равновесия.
Ароморфозы рыб
Рыбы отличаются от предшествующих эволюционных форм новыми, прогрессивными чертами строения, которые повысили их уровень организации. Давайте их перечислим.
Образуются предшественники конечностей, плавники, парные придатки тела, обособленные от туловища и головы, приводимые в движение мускульной силой.
У рыб хорда редуцируется, на ее месте формируется позвоночник. У хрящевых рыб позвоночник в течение всей жизни имеет хрящевое строение, а у костных рыб позвоночник окостеневает: он представлен костной тканью.
Обратите особое внимание, что в скелете хрящевых ганоидов (осетровых рыб) хорда сохраняется на всю жизнь.
Костные рыбы
Для большинства костных рыб характерен костный скелет, наличие жаберных крышек, прикрывающих жабры. Жаберные лепестки расположены непосредственно на жаберных дугах, имеется плавательный пузырь. Оплодотворение наружное.
Большинство видов костных рыб (90%) относятся к костистым рыбам. Для большей части костистых рыб характерно непрямое развитие (с метаморфозом).
Форма тела обтекаемая, рыбообразная, за счет чего снижается трение о воду. Поверхность тела покрыта налегающими друг на друга (подобно черепице) чешуйками.
В коже находится множество желез, которые секретируют слизь, покрывающущю все тело рыбы, благодаря чему снижается трение о воду. Из-за слизи пойманную рыбу тяжело удержать в руках, она выскальзывает.
Позвоночник состоит из двух отделов: туловищного и хвостового. В центре каждого позвонка имеется отверстие. Прилегая друг к другу, отверстия позвонков вместе соединяются в единый спинномозговой канал, в котором лежит спинной мозг.
Скелет грудных плавников соединен с позвоночником костями плечевого пояса, в отличие от скелета брюшных плавников, который не сочленяется с позвоночником. Имеются жаберные крышки, снаружи прикрывающие жаберные щели (у хрящевых рыб жаберные крышки отсутствовали, 5 жаберных щелей открывались каждая в отдельности наружу.)
Полость тела вторичная (целом).
Мышечная система сегментируется, что выражается в возникновении отдельных (дифференцированных) мышечных пучков. Наиболее ярким примером дифференцировки являются мышцы ротового аппарата и парных плавников.
Состоит из ротовой полости, глотки, продолжающейся в пищевод, желудка, толстого и тонкого кишечника. У многих рыб в ротовой полости имеются язык и острые зубы, расположенные на челюстях. Зубы предназначены не для механического измельчения пищи, а в основном для схватывания и удержания добычи. Слюнные железы отсутствуют, имеются вкусовые рецепторы.
Глотка тесно связано не только с пищеварительной, но и с дыхательной системой: здесь располагается жаберный аппарат рыб. С помощью жабр они приспособились забирать из воды растворенный в ней кислород и насыщать им кровь, откуда кислород поступает ко внутренним органам и тканям.
Процесс дыхания осуществляется благодаря тому, что вода через ротовое отверстие попадает в глотку. Вследствие движений жаберной крышки вода из ротоглоточной полости втягивается в боковую жаберную полость, омывая жабры. В результате газообмена в кровь рыбы поступает кислород, а углекислый газ покидает ее и растворяется в воде.
Как и хрящевые, костные рыбы имеют один круг кровообращения. Сердце двухкамерное, состоит из одного предсердия и одного желудочка. Запомните, что в сердце у рыб кровь венозная. Она накачивается сердцем в жабры, где происходит ее насыщение кислородом, после чего кровь становится артериальной.
Артериальная кровь направляется к внутренним органам и тканям, движется кровь внутри сосудов: кровеносная система замкнутого типа.
У всех хордовых нервная система трубчатого типа. Головной мозг состоит из продолговатого, среднего мозга, мозжечка, промежуточного и переднего мозга.
Развитие одних и тех же отделов у разных классов хордовых неодинаково, что мы с вами отчетливо увидим по мере изучения данного раздела. Я рекомендую вам обратить на данную тему особое внимание.
Также хорошо выражен (развит) мозжечок, который отвечает за координацию движений и ориентацию тела в пространстве. Это связано со сложными перемещениями рыбы, которая «парит как птица» только не в воздушной, а в водной среде. От головного мозга берут начало 10 пар черепно-мозговых нервов.
Органы зрения приспособлены к водной среде: хрусталик имеет шарообразную форму. Роговица плоская, аккомодация (настройка глаза на наилучшее видение объекта) происходит только благодаря перемещению хрусталика.
Рыбы хорошо видят лишь на близком расстоянии. Имеются органы вкуса на коже и нижней челюсти, а также органы обоняния, открывающиеся в ротовую полость.
Развитие у большинства рыб (костистые рыбы) непрямое, с метаморфозом. Запомните, что процесс выметывания икры и ее последующего оплодотворения называется нерест, он носит сезонный характер. У пресноводных рыб нерест происходит весной, в это время строго запрещена ловля рыбы.
Плавательный пузырь
Этот орган характерен исключительно для костных рыб: у хрящевых рыб (акулы, скаты) он отсутствует. Плавательный пузырь представляет собой воздушный мешок, заполненный смесью газов: азотом, кислородом, углекислым газом.
При заполнении газом пузырь расширяется: это меняет удельный вес рыбы, он понижается и рыба всплывает. Обратная схема происходит при уменьшении пузыря. Но откуда появляется газ, которым наполняется пузырь, если рыба обитает в воде? Отвечая на этот вопрос, отметим, что все рыбы делятся на два типа: открытопузырные и закрытопузырные.
У открытопузырных рыб плавательный пузырь сообщается с пищеварительной системой. Они в течение всей жизни поднимаются к поверхности воды и заглатывают воздух, по мере необходимости они могут освобождаться от газов, выдавливая их через глотку, а затем рот в окружающую среду. К таким рыбам относятся сельдеобразные, щукообразные, карпообразные, двоякодышащие.
Закрытопузырные рыбы имеют пузырь, не сообщающийся с пищеварительной трубкой. Газы в него поступают благодаря газовой секреции: они переходят из растворенного (в крови) состояния в газообразное, заполняя пузырь. Когда пузырь уменьшается газы вновь растворяются в крови, возвращаясь в кровеносное русло. К таким рыбам относятся: трескообразные, окунеобразные, кефалеобразные.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Articles
Тематика рыбацких россказней неисчерпаема как и вкус суши. Бывалые рыбаки утверждали, например, что тело тунца гораздо теплее воды, в которой он плавает. Но поскольку широко известно, что рыбья кровь холодная, эти утверждения никто всерьез не принимал.
Можно представить себе удивление зоологов океанографического института в Вудс Холе, когда они убедились в том, что температура тела тунца таки действительно превышает температуру окружающей среды на 14 градусов! Это открытие тем более удивительно, если учесть специфику циркуляции крови у рыб. Ведь она проходит через жабры, непрерывно омываемые водой, и при этом кровь принимает температуру воды. Вот почему у рыб кровь холодная.
Сравнительно высокая
температура тела дает тунцу ряд преимуществ: ускоренно протекает процесс пищеварения, быстрее передаются импульсы по нервной системе, более интенсивно сокращаются мышечные волокна. И очень может быть, что именно высокая температура тела позволяет тунцам плыть со скоростью до 70 километров в час.
Исследователи установили, что у тунца в организме есть своеобразный теплообменник, который позволяет рыбе сохранять тепло, выделяющееся в организме, сокращая до минимума потери тепла через кожу и при прохождении крови через жабры.
НЕФТЬ И МОЛОКО В ОДНОМ ТАНКЕ
Процесс подготовки судовых танков к приему отличных друг от друга грузов весьма трудоемкий и дорогостоящий. В ряде случаев осуществление мойки танков вызывает простой судна, а очистка, например, нефтеналивных цистерн танкеров связана с опасностью взрыва и пожара на судне.
Этим и объясняется тот факт, что до сего времени в практике эксплуатации один и тот же танк стремятся использовать только для одного рода жидкого груза. Даже в тех случаях, когда перевозятся грузы разных сортов нефтепродуктов, их принимают в отдельные цистерны.
Проблемой перевозки разных грузов в одной цистерне уже давно занимаются инженеры во многих странах. Остроумное решение этого вопроса найдено шведскими специалистами. Внутри цистерны устанавливается мембрана из весьма эластичной резины. Когда в одну из двух горловин приемных люков цистерны подают, например, растительное масло, перегородка постепенно смещается в противоположную часть
танка. Смещение происходит до тех пор, пока она не будет прижата к бортовой обшивке. Когда же в цистерне надо перевозить какое-либо минеральное масло, подачу груза осуществляют через другую горловину. Мембрана при этом перемещается к другому боргу.
Кровь и лед: как антарктические рыбы утеряли гемоглобин, но смогли выжить
В 1928 году биолог по имени Дитлеф Рустед (Ditlef Rustad) поймал необычную рыбу на берегу Bouvet Island в Антарктике. У «белой рыбы-крокодила», как ее описал Рустед, были большие глаза, объемный рот, полный зубов и прозрачные плавники, похожие на длинные перья. Рыба была очень бледной, в некоторых местах ее тело было таким же белым, как снег, в то время, как другие части тела были практически прозрачными. Ещё норвежские китобои в XIX веке рассказывали, что в далёкой Антарктике, у острова Южная Георгия в юго-западной части Атлантического океана, водятся странные рыбы с бесцветной кровью, которых они и окрестили «бескровными» и «ледяными». И теперь эти рассказы, считавшиеся учеными вымыслом, оказались правдой.
Когда Рустед провел изучение рыбины, он понял, что ее кровь практически бесцветна — нигде не было ни капли красного. Ее жабры тоже были странными: окрашенные в белый цвет, они по консистенции напоминали йогурт, если можно привести такое сравнение. У той же трески жабры красные, как и у большинства других рыб. Все благодаря большому количеству кровеносных сосудов, которыми пронизан этот орган. У белокровных рыб сеть сосудов вообще гуще, чем у обычных рыб, в особенности, в жабрах.
Отсутствие эритроцитов в крови? Как это возможно?
В жабрах, как известно, кровь насыщается кислородом, после чего кислород разносится по всему телу. Поэтому какого бы цвета рыба бы ни была, ее жабры должны быть красными, или хотя бы темными — а не полностью белыми, как у странной рыбы из Антарктики.
Чуть позже Джоан Рууд (Johan Ruud) и другие исследователи объяснили, почему все обстоит именно таким образом. Дело в том, что эта рыба, которая получила название «ледяная рыба» (Champsocephalus gunnari), оказалась представителем рыб семейства Channichthyidae, практически все представители которого лишены гемоглобина и красных кровяных телец. Именно гемоглобину и эритроцитам мы обязаны тем, что наш организм получает кислород, захватывая его из атмосферного воздуха.
Изначально ученые решили, что отсутствие гемоглобина — это адаптация к сверхнизким температурам и богатой кислородом переохлажденной воде в этом регионе. И действительно, кислорода в воде региона обитания рыбы очень много — он усваивается чуть ли не сам по себе. Зачем, спрашивается, рыбе эти кровяные тельца, когда кислород и так без проблем поступает в жабры? И специалисты пришли к выводу, что это все эволюционные изменения, позволившие рыбе приспособиться к экстремальным температурам.
Но оказалось, что все немного не так. Некоторое время спустя ученые выяснили, что утеря гемоглобина — вовсе не адаптационное приспособление. Это, скорее, генетическая мутация с не слишком положительными для вида или даже всего семейства изменениями. Поскольку кровь рыбы без гемоглобина способна переносить лишь 10% того кислорода, который обычно транспортируется эритроцитами крови тропических рыб, то «ледяной» рыбе пришлось полностью перекроить свое тело для того, чтобы выжить.
Этому виду удалось выжить несмотря ни на что благодаря ряду обстоятельств. Ледяная рыба живет в Южном Ледовитом океане, омывающем Антарктику. Течения блокируют регион от попадания сюда более теплой воды. По этой причине вода здесь всегда холодная. Ее температура составляет от 1,5 градусов Цельсия летом до — 1,8 градусов Цельсия зимой (как известно, морская и океаническая вода замерзают при температурах, значительно ниже нуля).
И рыбам пришлось выработать специальный белок-незамерзайку, который предохраняет животных от формирования ледяных кристаллов в их крови во время падения температуры воды ниже нуля. 16 видов рыб в Антарктике относятся к семейству Channichthyidae, которое, в свою очередь, является частью Notothenioidei. Причем среди всех прочих нототениевых, только у этой рыбы нет гемоглобина в крови. Кстати, ледяная рыба и нототениевые преобладают в Южном ледовитом океане — они составляют 35% от всех видов рыб и формируют 90% биомассы в регионе.
Генетики провели анализ ДНК ледяной рыбы с ДНК представителей видов рыб с красной кровью. Это исследование проводилось Уильямом Детрихом (William Detrich) из Северо-Восточного Университета. Детрих с коллегами обнаружили гены, которые и привели к специфическим мутациям. Фактически, один из генов, который отвечает за «сборку» молекулы гемоглобина, был утерян ледяными рыбами.
Наряду с гемоглобином, белокровки в ходе эволюции утеряли и миоглобин, который переносит кислород в мышцах скелета.
Как уже говорилось выше, до недавнего времени утеря гемоглобина и эритроцитов ледяной рыбой считалось адаптацией к холодной воде. Поскольку ни одно позвоночное в мире больше не теряло гемоглобин и красные кровяные тельца, ученые пришли к выводу, что утеря эритроцитов была ответом на изменяющуюся окружающую среду. Когда температура падает (имеется в виду долгосрочный процесс), преимущество получают животные с «жидкой кровью», которой легче циркулировать по сосудам. А поскольку эритроциты — достаточно крупные клетки, они в некотором смысле мешают этому процессу. У большинства видов рыб, которые живут в условиях холодного климата, в крови гораздо меньше красных кровяных телец, чем у их сородичей, живущих в теплых водах. Плюс ко всему, некоторые виды рыб могут снижать уровень эритроцитов в крови во время зимы для того, чтобы беречь энергию. Все это действительно так.
Но Кристин О’Брайен из Аляскинского университета в Фэрбенксе с коллегами решили проверить предположение об адаптационных изменениях ледяных рыб. В результатах исследования ученые указали, что у ледяной рыбы более крупное сердце и кровеносные сосуды, чем у других нототеноидных рыб. Несмотря на то, что кровь циркулирует по сосудам ледяной рыбы более активно, поскольку она лишена красных кровяных телец, рыбе приходится прокачивать огромные объемы крови, чтобы доставить достаточное количество кислорода ко всем тканям и органам.
В результате ледяная рыба, по подсчетам ученых, тратит в два раза больше энергии на процесс кровообращения, чем ее родственники. На работу сердца в состоянии покоя у обычной арктической рыбы уходит около 5% энергии, которое тратится всем организмом. У ледяной же рыбы этот показатель возрастает вплоть до 22%. Некоторые органы прозрачной рыбы пронизаны более густой сетью кровеносных сосудов, чем у других рыб. В частности, это касается глаз ледяной рыбы.
Как видим, это вряд ли можно назвать выгодным адаптационным приобретением, направленным на экономию энергии. Ее уходит, наоборот, больше, чем у видов рыб с красной кровью. Вот увеличение сердца и расширение сети кровеносных сосудов да, уже является следствием эволюционного процесса, позволившего этой странной рыбе выжить. Экономия энергии выполняется благодаря наличию других механизмов. Например, почечных телец у рыбы нет. Удаление ядовитых веществ у ледяной рыбы выполняют особые секреторные клетки почечных канальцев.
Кроме того, у ледяных рыб более высокий объем митохондрий при их аналогичном другим родственным видам рыб количестве. В митохондриальных мембранах белокровок более высокое соотношение липидов к белкам. Вероятно, это связано со специфическим белком регулятором биогенеза митохондрий PGC-1α*. PGC-1α является транскрипционным коактиватором и центральным звеном образования митохондрий в клетках. Недавно открыто, что PGC-1α регулирует состав и функции отдельных митохондрий и их окислительный метаболизм. Повышение окислительного метаболизма связано с повышенной работой PGC-1α, что сопровождается увеличением активных форм кислорода (АФК) в митохондриях. Но этот белок является и мощным регулятором удаления АФК, потому что высокий уровень PGC-1α запускает экспрессию многочисленных ферментов-антиоксидантов.
Большую часть времени белокровкам приходится проводить неподвижно. Кислород из воды эти рыбы могут усваивать и через кожу.
Лед в крови — и никаких проблем
Около 25 миллионов лет назад Южный ледовитый океан стал охлаждаться. Кстати, Южный ледовитый океан — условное название вод трёх океанов (Тихого, Атлантического и Индийского), окружающих Антарктиду и нередко выделяемых как «пятый океан», не имеющий, однако, чётко очерченной островами и континентами северной границы.
Так вот, при охлаждении вод океана в этом регионе погибло большое количество видов животных, которые не смогли приспособиться и выработать специальные белки-антифриз или же приспособиться к похолоданию каким-либо иным способом. Те виды, кто смог это сделать, выжили.
У той же ледяной рыбы в крови образуются кристаллы льда — это смертельно для многих других видов животных, но только не для этого вида. Дело в том, что специальный белок не дает уже появившимся льдинкам стать центром кристаллизации, что привело бы к полному замерзанию рыбы. Кровь и межклеточная жидкость остаются жидкими. Именно эта особенность позволяет ледяной рыбе хорошо себя чувствовать у Южного полюса.
Белок-антифриз носит название AFGP (antifreeze glycoprotein). Вероятно, он произошел от панкератической трипсиногеноподобной протеазы. Белок способен связываться с микроскопически малыми кристаллами льда, предотвращая их рост.
Белокровки (так еще называют ледяную рыбу) полностью замерзают лишь при — 6 градусах Цельсия.
Человек создает белокровкам проблемы
Глобальное потепление климата Земли приводит к тому, что воды Южного ледовитого океана становятся более теплыми и кислыми. Пищи для белых рыб (как правило, это детрит, появляющийся в воде во время таяния паковых льдов) становится меньше. Белокровки более чувствительны к изменениям климата, чем их родственники с красной кровью. Ихтиологи считают, что этот вид рыб может существовать только в холодной воде в полярных регионах и только при определенном диапазоне температур. В любых других регионах особенности ледяной рыбы приведут к ее быстрой гибели.
Если потепление продолжится — а это, скорее всего, так, то белокровкам придется либо снова приспосабливаться, вновь «изобретая» эритроциты, либо полностью вымереть, не оставив после себя ничего. Конечно, хотелось бы надеяться, что эта необычная и странная рыба сможет выжить даже в условиях снова меняющегося климата.
Акваловер
Аквариумистика — аквариум новичкам, аквариум любителям, аквариум профессионалам
Кровеносная система рыб. Органы кроветворения и кровообращения
Самое читаемое
Самое читаемоеХолоднокровные (температура тела зависит от температуры окружающей среды) животные, рыбы, имеют замкнутую кровеносную систему, представленную сердцем и сосудами. В отличие от высших животных рыбы имеют один круг кровообращения (за исключением двоякодышащих и кистёперых).
Сердце у рыб двухкамерное: состоит из предсердия, желудочка, венозной пазухи и артериального конуса, поочерёдно сокращающихся своими мускульными стенками. Ритмично сокращаясь, оно движет кровь по замкнутому кругу.
По сравнению с наземными животными, сердце рыб очень мало и слабо. Его масса обычно не превышает 0,33–2,5%, в среднем 1 % массы тела, тогда как у млекопитающих оно достигает 4,6%, а у птиц — 10–16%.
Слабое у рыб и кровяное давление.
Рыбы имеют и малую частоту сокращений сердца: 18–30 ударов в минуту, но при низких температурах она может уменьшиться до 1–2; у рыб, переносящих вмерзание в лед зимой, пульсация сердца в этот период вообще прекращается.
Кроме этого, рыбы имеют малое количество крови по сравнению с высшими животными.
Но все это объясняется горизонтальным положением рыбы в окружающей среде (нет необходимости выталкивать кровь наверх), а также жизнью рыбы в воде: в среде, в которой сила земного притяжения сказывается намного меньше чем на воздухе.
Кровь от сердца оттекает по артериям, а к сердцу — по венам.
Из предсердия она выталкивается в желудочек, затем в артериальный конус, а затем в большую брюшную аорту и доходит до жабр, в которых происходит газообмен: кровь в жабрах обогащается кислородом и освобождается от углекислого газа. Красные клетки крови рыб — эритроциты содержат гемоглобин, связывающий в жабрах кислород, а в органах и тканях — углекислый газ.
Способность гемоглобина в крови рыб извлекать кислород у разных видов различна. Быстро плавающие, живущие в богатых кислородом проточных водах рыбы имеют клетки гемоглобина, обладающие большой способностью к вязке кислорода.
Богатая кислородом артериальная кровь имеет яркий алый цвет.
После жабр кровь по артериям попадает в головной отдел и дальше в спинную аорту. Проходя по спинной аорте, кровь доставляет кислород к органам и в мускулатуру туловища и хвоста. Спинная аорта тянется до конца хвоста, от нее по пути крупные сосуды отходят к внутренним органам.
Обедненная кислородом и насыщенная углекислым газом венозная кровь рыбы имеет тёмно-вишнёвый цвет.
Отдав кислород органам и собрав углекислый газ, кровь по крупным венам идёт к сердцу и предсердию.
Организм рыбы имеет свои особенности и в кроветворении:
Многие органы могут образовывать кровь: жаберный аппарат, кишечник (слизистая), сердце (эпителиальный слой и эндотелий сосудов), почки, селезёнка, сосудистая кровь, лимфоидный орган (скопления кроветворной ткани – ретикулярного синцития — под крышей черепа).
В периферической крови рыбы могут находиться зрелые и молодые эритроциты.
Эритроциты, в отличие от крови млекопитающих, имеют ядро.
Кровь рыбы имеет внутреннее осмотическое давление.
На настоящий момент установлено 14 систем групп крови рыб.
При проведении паразитологического исследования рыб, кровь, а также органы кровообращения берут на анализ. 