Vandens pasaulyje egzistuoja žuvys, kurios gali išgyventi net itin mažai deguonies turinčioje aplinkoje arba visiškai be jo. Šis unikalus gebėjimas yra biologinio prisitaikymo rezultatas. Būtent skirtingos aplinkos lėmė įvairių kvėpavimo adaptacijų atsiradimą.
Straipsnyje aptarsime, kaip kai kurios žuvys tai pasiekia ir kokie mechanizmai už to slypi, bei išsiaiškinsime, kaip žuvys kvėpuoja po vandeniu. Taip pat bus aptariami žuvų kvėpavimo sistemos pažeidimai.
Žuvų kvėpavimas - be plaučių
Skirtingai nei žmonės ar kiti sausumos gyvūnai, žuvys neturi plaučių (išskyrus kai kurias išimtis, pvz., plaučines žuvis). Vietoj to jos kvėpuoja žiaunomis - specialiais organais, esančiais abiejose galvos pusėse.
Žiaunų veikimo principas:
- Žuvis praryja vandenį per burną.
- Vanduo keliauja per žiaunų plyšius.
- Žiaunų ląstelės iš vandens išgauna deguonį ir pašalina anglies dioksidą.
Paprasta, bet genialu - kaip žuvys kvėpuoja po vandeniu?
Žiaunos - gamtos šedevras
Žiaunose vyksta vadinamasis priešpriešinės srovės mainų mechanizmas - tai reiškia, kad kraujas žiaunose teka priešinga kryptimi nei vanduo. Dėl to maksimaliai pasisavinamas deguonis.
Žiaunos yra pagrindinis žuvų kvėpavimo organas. Jos yra specializuotos struktūros, esančios abiejose žuvies galvos pusėse, po žiaunų dangteliais (operculum). Žiaunos susideda iš žiauninių lankų, ant kurių išsidėstę žiauniniai lapeliai (filaments). Kiekvienas žiauninis lapelis turi daugybę smulkių kraujagyslių, vadinamų žiauniniais plokšteliais (lamellae), kur vyksta dujų apykaita.
Žiauniniai plokšteliai yra labai ploni ir plokšti, kad padidintų paviršiaus plotą, per kurį gali vykti difuzija. Kraujas teka per žiauninius plokštelius priešinga kryptimi nei vanduo (priešsrovinis srautas), taip užtikrinant maksimalų deguonies pasisavinimą. Šis mechanizmas leidžia žuvims efektyviai išgauti deguonį net iš vandens, kuriame jo koncentracija yra palyginti maža.
Žuvų kvėpavimo sistemos labai įvairios. Pavyzdžiui, miksinų žiaunos su burna nesujungtos, nes šių parazituojančių žuvų burna skirta prisisiurbti prie kitos žuvies kūno. Į žiaunas vanduo patenka per nosį.
| Veiksnys | Reikšmė kvėpavimui |
|---|---|
| Žiaunų paviršiaus plotas | Didelis plotas leidžia pasisavinti daugiau O₂ |
| Plona žiaunų membrana | Palengvina dujų mainus |
| Kraujotakos kryptis | Priešinga nei vandens - efektyvu |
Kodėl žuvys negali kvėpuoti ore?
Nors žiaunos efektyvios vandenyje, ore jos greitai išdžiūsta ir praranda funkcionalumą. Be vandens srovės žiaunos nustoja veikti, o deguonis negali būti pasisavinamas.
Žuvų žiaunos dirba tik vandenyje. Sausumoje iš jų vanduo išteka, žiaunos apdžiūna ir sulimpa. Silkės ir plačiakakčiai tokiais atvejais žūsta beveik iš karto, ne ką ilgiau gyvena upėtakiai, lašišos, starkiai. Karosų ir sazanų žiaunų dangteliai tvirtai užsidaro, todėl šios žuvys šlapioje žolėje keletą valandų gali išbūti gyvos.
Ypatingos išimtys
Kai kurios žuvys evoliucijos metu įgavo gebėjimą kvėpuoti oru:
- Plaučinės žuvys - turi primityvius plaučius.
- Šokinėjanti žuvis (mudskipper) - kvėpuoja per odą ir burnos gleivinę.
- Anabasinės žuvys - gali trumpai išgyventi be vandens.
Specializuoti organai
Kai kurios žuvys turi unikalius organus, leidžiančius absorbuoti deguonį iš oro. Pavyzdžiui:
- Plaučių žuvys (pvz., Afrikos plaučiakvėpė) turi primityvius „plaučius“, kurie leidžia įkvėpti oro tiesiai iš paviršiaus.
- Guramių šeimos žuvys naudoja vadinamąjį labirintinį organą, kuris sugeria deguonį iš atmosferos.
Deguonies pasisavinimo procesas
Deguonies pasisavinimas žiaunose vyksta difuzijos būdu. Deguonies koncentracija vandenyje yra didesnė nei kraujyje, todėl deguonis juda iš vandens į kraują. Anglies dioksidas, kuris yra atliekų produktas, juda priešinga kryptimi - iš kraujo į vandenį.
Efektyvų dujų apykaitą užtikrina didelis žiaunų paviršiaus plotas, plona žiauninių plokštelių membrana ir priešsrovinis srautas. Priešsrovinis srautas leidžia kraujui nuolat kontaktuoti su vandeniu, kuriame yra didesnė deguonies koncentracija, taip užtikrinant maksimalų deguonies pasisavinimą.
Faktoriai, įtakojantys kvėpavimą
Žuvų kvėpavimo dažnį ir efektyvumą įtakoja įvairūs faktoriai, įskaitant vandens temperatūrą, deguonies koncentraciją, žuvies aktyvumą ir dydį. Aukštesnėje temperatūroje deguonies tirpumas vandenyje mažėja, todėl žuvys turi kvėpuoti dažniau, kad gautų pakankamai deguonies.
Aktyvios žuvys, pavyzdžiui, plėšrūnai, turi didesnius deguonies poreikius nei mažiau aktyvios žuvys. Didelės žuvys taip pat turi didesnius deguonies poreikius nei mažos žuvys dėl didesnės kūno masės. Žuvys gali reguliuoti savo kvėpavimo dažnį ir amplitudę, kad patenkintų savo fiziologinius poreikius.
Žuvų kvėpavimo sistemos adaptacijos skirtingose aplinkose
Žuvys prisitaikė prie įvairių vandens aplinkų, išvystydamos skirtingas kvėpavimo strategijas. Kai kurios žuvys gyvena vandenyje, kuriame yra daug deguonies, o kitos - vandenyje, kuriame jo yra mažai. Kai kurios žuvys gyvena gėluose vandenyse, o kitos - sūriuose. Šios skirtingos aplinkos lėmė įvairių kvėpavimo adaptacijų atsiradimą.
Žuvys, gyvenančios vandenyje, kuriame yra mažai deguonies, pavyzdžiui, pelkėse ar dumblinuose vandenyse, dažnai turi papildomų kvėpavimo organų, pavyzdžiui, labirintą arba odos kvėpavimą. Labirintas yra specializuotas organas, leidžiantis žuvims pasisavinti deguonį tiesiogiai iš oro. Odos kvėpavimas apima deguonies pasisavinimą per odą. Šios adaptacijos leidžia žuvims išgyventi aplinkoje, kurioje deguonies koncentracija yra labai maža.
Puikiai išvystytas ungurių kvėpavimas oda, todėl jie gali po keletą parų ištverti be vandens ir sėkmingai peršliaužti sausuma iš vieno vandens telkinio į kitą. Net ir mūsų karosai dėl aktyvaus kvėpavimo oda po metus ir daugiau gali išgyventi įsirausę išdžiūvusių ežerų dugnan.
Vijūnai taip pat turi papildomo kvėpavimo sistemą - tai žarnynas. Įsiurbdamas orą, vijūnas jį varo i žarnas, kuriose yra labai daug kraujo indų, paimančių deguonį. Vijūnai irgi gali ilgai gyventi išdžiūvus vandens telkiniui, įsirausę per 30 - 40 centimetrų į dumblą.
Gėlavandenės ir sūriavandenės žuvys taip pat turi skirtingas kvėpavimo adaptacijas. Gėlavandenės žuvys turi palaikyti druskų pusiausvyrą savo kūnuose, nes vanduo nuolat patenka į jų kūnus osmoso būdu. Dėl to gėlavandenės žuvys turi mažiau laidžias žiaunas ir išskiria didelį kiekį praskiesto šlapimo.
Sūriavandenės žuvys, priešingai, turi išlaikyti vandens pusiausvyrą, nes vanduo nuolat palieka jų kūnus osmoso būdu. Dėl to sūriavandenės žuvys turi labiau laidžias žiaunas ir išskiria mažą kiekį koncentruoto šlapimo.
Žuvų kvėpavimo sistemos pažeidimai
Žuvų kvėpavimo sistemą gali pažeisti įvairūs faktoriai, įskaitant užterštumą, ligas ir fizinius sužalojimus. Užterštumas gali pažeisti žiaunas ir sumažinti jų gebėjimą pasisavinti deguonį.
Ligos, pavyzdžiui, bakterinės ar parazitinės infekcijos, taip pat gali pažeisti žiaunas. Fiziniai sužalojimai, pavyzdžiui, žiaunų pažeidimai dėl gaudymo ar transportavimo, gali sutrikdyti kvėpavimo funkciją.
Svarbu užtikrinti, kad žuvys gyventų švarioje ir sveikoje aplinkoje, kad būtų išvengta kvėpavimo sistemos pažeidimų. Jei pastebimi žuvų kvėpavimo sutrikimai, būtina kreiptis į veterinarijos gydytoją.
Įdomūs faktai apie žuvų kvėpavimą
Kai kurios žuvys gali išgyventi net užšalusiame vandenyje, nes jų metabolizmas sulėtėja.
Ryklių žiaunos visada turi būti apiplaunamos vandeniu - todėl jie nuolat juda.
Karpiai ir šamai gali išgyventi vandenyje su labai mažai deguonies.
Patarimai akvariumų savininkams
- Užtikrinkite vandens cirkuliaciją - reikalinga deguonies cirkuliacija.
- Nenaudokite per daug chemikalų - jie gali pažeisti žuvų žiaunas.
- Įrenkite oro kompresorių - ypač tankiai apgyvendintame akvariume.
- Stebėkite žuvis - jei jos kyla į paviršių ir „gaudo orą“, gali trūkti deguonies.