Каковы функции плавательного пузыря как сказывается. Функции плавательного пузыря. Внешнее строение рыбы

Описание плавательного воздушного пузыря у рыб

Аквариумист с многолетним стажем

Рыбы — это огромная группа позвоночных животных, обитающих в воде. Их главной особенностью является жаберное дыхание. Для перемещения в жидкой среде эти животные используют самые разнообразные приспособления. Плавательный пузырь — важнейший гидростатический орган, регулирующий глубину погружения, а также участвующий в дыхании и генерации звуков.

Плавательный пузырь — важнейший гидростатический орган, регулирующий глубину погружения рыб

Развитие и строение гидростатического органа

Формирование рыбного пузыря начинается на ранней стадии развития. Один из отделов прямой кишки, видоизменённый в своеобразный вырост, со временем заполняется газом. Для этого мальки всплывают и захватывают воздух ртом. Со временем связь пузыря с пищеводом у части рыб утрачивается.

Рыбы, имеющие воздушную камеру, делятся на два типа:

1. Открытопузырные способны контролировать наполнение при помощи специального канала, имеющего сообщение с кишечником. Они могут быстрее всплывать и погружаться, а при необходимости захватывают воздух ртом из атмосферы. К этому типу относится бо́льшая часть костных рыб, например: карп и щука.
2. Закрытопузырные имеют герметичную камеру, не имеющую прямого сообщения с внешним миром. Уровень газа контролируется с помощью кровеносной системы. Воздушный пузырь у рыб оплетён сетью капилляров (красное тело), которые способны медленно поглощать или отдавать воздух. Представители этого типа — треска, окунь. Не могут позволить себе быстрого изменения глубины. При мгновенном извлечении из воды такую рыбу сильно раздувает.

Воздушный пузырь у рыб представляет собой полость с прозрачными эластичными стенками.

По своему строению различают:

Как правило, у большей части рыб этот орган один, но у двоякодышащих он парный. Глубинные виды могут обходиться очень маленьким пузырём.

Функции плавательного пузыря

Плавательный пузырь в теле рыбы является уникальным и многофункциональным органом. Он заметно облегчает жизнь и экономит массу энергии.

Главная, но не единственная функция — это гидростатический эффект. Для зависания на определённой глубине необходимо, чтобы плотность тела соответствовала окружающей среде. Водоплавающие животные без воздушной камеры используют постоянную работу плавников, что приводит к излишним энергозатратам.

Полость камеры не может расширяться и сжиматься произвольно. При погружении давление на тело возрастает, и оно сжимается, соответственно уменьшается объем газа, а общая плотность увеличивается. Рыба с лёгкостью опускается на нужную глубину. Когда рыбка поднимается в верхние слои воды, давление ослабевает, а пузырь расширяется, словно воздушный шарик, толкая животное вверх.

Давление газа на стенки камеры порождает нервные импульсы, вызывающие компенсаторные движения мышц и плавников. Используя такую систему, рыба без особых усилий плавает на нужной глубине, экономя до 70% энергии.

Дополнительные функции:

1. Плавательный пузырь у рыб используется в качестве своеобразного барометра. У некоторых видов (карп, голец, сом) изменения размеров воздушной капсулы посредством сложной системы соединений преобразовываются в нервные импульсы. Они поступают в головной мозг и сообщают о давлении окружающей среды и глубине погружения.
2. Орган чувств. Позволяет ощущать некоторые звуки и ударные волны, распространяемые в воде.
3. Воспроизведение звуков. Барабанные мышцы, ударяя по стенкам пузыря, способны порождать звуковые волны различной частоты. С их помощью рыбы обмениваются информацией со своими сородичами.

Пузырь позволяет ощущать некоторые звуки и ударные волны, распространяемые в воде

Такой простой, на первый взгляд, орган является незаменимым и жизненно необходимым аппаратом.

Рыбы, не имеющие воздушной камеры

Из описания плавательного пузыря видно, насколько он совершенный и многофункциональный. Несмотря на это, некоторые с лёгкостью обходятся и без него. В подводном мире обитает множество животных, у которых нет гидростатического аппарата. Для перемещения они пользуются альтернативными способами.

Глубоководные виды всю жизнь проводят на дне и не испытывают необходимости подниматься в верхний слой воды. Из-за огромного давления воздушная камера, если бы она и была, моментально сжалась бы, и весь воздух из неё вышел бы. Как её альтернатива, используется накопление жира, который имеет плотность меньше, чем у воды, и к тому же не сжимается.

Некоторые рыбы могут с легкостью обходиться без плавательного пузыря

Рыбам, которым необходимо очень быстро перемещаться и менять глубину, пузырь может только навредить. Такие представители морской фауны (скумбрия) используют только мышечные движения. Это повышает расход энергии, но зато увеличивает мобильность.

Хрящевые рыбы тоже привыкли обходиться своими силами. Они не могут недвижимо зависать на месте. Их скелет без костей, поэтому имеет меньший удельный вес. К тому же у акул очень большая печень, на две трети состоящая из жира. Некоторые виды могут изменять его процентное соотношение, и тем самым утяжеляют или облегчают своё тело.

Водные млекопитающие, такие как киты и дельфины, снабжены толстым слоем жировой ткани под кожей и наполненными воздухом лёгкими.

Жизнь на планете Земля зародилась в водной среде мирового океана, и все мы — потомки рыб. Существуют научные предположения о том, что в процессе эволюции дыхательные органы наземных животных произошли именно от рыбьих пузырей.

Тип Хордовые

Подробное решение Параграф стр. 126 по биологии для учащихся 8 класса, авторов Н.И. Сонин, В.Б. Захаров 2014

Подпит Бесчерепные, Подтип Личиночно-хордовые (Оболочники), Подтип Позвоночные (Черепные), Надкласс Рыбы, Класс Хрящевые рыбы, Класс Костные рыбы, Подкласс Хрящекостные рыбы, Подкласс Двоякодышащие рыбы, Подкласс Кистеперые рыбы

Вопрос 1. Какие признаки являются общими для хордовых? Составьте таблицу «Сравнительная характеристика кольчатых червей и ланцетника» (работа в малых группах).

Общие признаки хордовых:

имеют осевой скелет — хорду, плотный опорный тяж, у бесчерепных сохраняется в течение всей жизни, у позвоночных замещается в процессе индивидуального развития позвоночником, состоящим из отдельных позвонков;

сквозной кишечник располагается под хордой;

центральная нервная система в виде нервной трубки расположена над хордой, на спинной стороне тела;

из переднего отдела пищеварительной трубки — глотки, развиваются органы дыхательной системы (жабры или легкие);

кровеносная система замкнутая; сердце расположено на брюшной стороне тела, под пищеварительным каналом.

Сравнительная характеристика кольчатых червей и ланцетника

Вопрос 2. Охарактеризуйте особенности внешнего и внутреннего строения рыб, связанные с водным образом жизни. Когда появились эти признаки?

Особенности внешнего строения рыб:

• форма тела зависит от условий обитания; у плавающих в толще воды тело обтекаемое, у придонных рыб плоское;

• голова не отделена от туловища; шеи нет; жабры — граница между головой и туловищем;

• туловище плавно переходит в хвост; анальное отверстие — граница между туловищем и хвостом;

• плавники — костные (или хрящевые) лучи, покрытые кожей;

• непарные плавники обеспечивают устойчивость тела (спинной, подхвостовой, а хвостовой плавник служит органом движения); парные плавники — рули глубины, участвуют в сохранении равновесия, осуществляют медленное движение назад; они являются прообразом конечностей наземных позвоночных (грудные, соединенные с позвоночником плечевым поясом, и брюшные, не соединенные с позвоночником).

Особенности внутреннего строения:

• наличие плавательного пузыря;

• органы дыхания – четыре пар жабер;

• органы осязания представлены чувствительными рецепторами, залегающими в коже;

• особым органом чувств у рыб является боковая линия. Она представляет собой два канала, лежащие по бокам тела. Каналы сообщаются с внешней средой с помощью многочисленных отверстий, прободающих чешуи.

Вопрос 3. Каковы функции плавательного пузыря? Как сказывается на образе жизни акул его отсутствие?

Плавательный пузырь выполняет в основном гидростатическую функцию, т. е. обеспечивает свободное перемещение рыб в вертикальной плоскости. Стенки его богато снабжены капиллярами. При быстром погружении давление на тело рыбы резко повышается и воздух из воздушного пузыря растворяется в крови. В результате этого удельный вес рыбы увеличивается, что мешает выталкиванию животного к поверхности. При всплытии, напротив, давление воды снижается, растворимость газов в крови падает, и они из кровяного русла поступают в плавательный пузырь. Также у некоторых рыб плавательный пузырь служит резонатором в восприятии звуков.

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 вода, и держаться на плаву акула может, только безостановочно двигаясь. Акуле все время надо прилагать усилия к тому, чтобы не утонуть. Если она хоть на миг прекратит волнообразные движения своего мускулистого хвоста и, в меньшей степени, плавников, она не сможет преодолеть силу тяжести, которая неумолимо тянет ее вниз. Акулы никогда не спят, во всяком случае в нашем понимании этого слова. Белоперая рифовая акула.Те из них, которые живут в прибрежных водах, реках и озерах, отдыхают, заплыв в подводные пещеры, расположенные на небольшой глубине, и лежа на дне или на выступах стен. Те из акул, кто всю жизнь проводит в открытом море, по-видимому, вообще не отдыхают, так как, если они перестанут двигаться, они опустятся на дно, часто на очень большую глубину. Другое дело, что некоторые акулы всегда живут на больших глубинах.

Вопрос 4. Опишите дыхательную систему рыб. Какие химические процессы лежат в основе газообмена у рыб?

Дыхательная система рыб представлена жабрами. Жабры расположены на боковой поверхности глотки и состоят из следующих частей: жаберных дуг — опоры дыхательного аппарата; жаберных щелей, расположенных между жаберными дугами: ярко-красных жаберных лепестков, находящихся с наружной стороны на жаберных дугах и осуществляющих газообмен; жаберных тычинок, которые расположены с внутренней стороны на жаберных дугах, они представляют цедильный аппарат. Движение воды осуществляется за счет движения жаберной крышки, прикрывающей жабры снаружи, и мускулатуры дна ротовой полости, работающей как насос с клапаном.

Вопрос 5. Каковы особенности строения двоякодышащих рыб?

Особенности строения двоякодышащих рыб:

• имеется как жаберное, так и легочное дыхание;

• плавательный пузырь приобрел ячеистое строение и выполняет функцию легкого;

• предсердие частично разделено на правую и левую части;

• в течение всей жизни сохраняется хорда; тела позвонков не развиваются.

Вопрос 6. Каких рыб относят к хрящекостным? Почему?

К подклассу хрящекостных относят небольшую древнюю группу рыб, в числе которых широко известны осетровые — белуга, севрюга, осетр, стерлядь и др.

Вопрос 7. Выделите характерные особенности строения хрящевых рыб, отличающие их от других групп класса.

Отличительные черты строения хрящевых рыб:

• скелет хрящевой (не окостеневший, часто обызвествленный);

• кожа несет своеобразную чешую, напоминающую по строению зубы, покрытые эмалью;

• не имеют жаберных крышек, поэтому при остановке могут погибнуть (задохнуться), так как прекратится ток воды через жабры;

• парные плавники расположены горизонтально, хвостовой плавник имеет две неравные лопасти, из которых верхняя — более крупная;

• плечевой пояс конечностей представлен цельной хрящевой дугой, охватывающей тело с боков и снизу;

• плавательного пузыря нет.

Вопрос 8. Чем можно объяснить интерес биологов-эволюционистов к кистеперым рыбам?

Кистеперые рыбы — это древняя и почти вымершая группа. Современные представители — латимерии. Их пресноводные предки вымерли около 100 млн лет назад. Первая кистеперая рыба была поймана в 1938 г.; ранее считалось, что все представители этой группы вымерли. Кистеперые — хищники, рот их вооружен острыми зубами. Длина тела у взрослых особей достигает 125–180 см, масса — 25–80 кг. Позвонки зачаточные, и хорда сохраняется в качестве осевого скелета в течение всей жизни. Особенностью кистеперых рыб является наличие мускулатуры в конечностях и разделение скелета конечностей на аналоги плеча (бедра), предплечья (голени) и кисти (стопы) — части, характерные для конечностей наземных позвоночных.

Вопрос 9. Составьте таблицу «Сравнительная характеристика кольчатых ланцетников и рыб» (работа в малых группах).

Сравнительная характеристика кольчатых ланцетников и 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.

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.

Источники:

http://rybki.guru/ryba/opisanie-vozdushnogo-puzyrja.html
http://resheba.me/gdz/biologija/8-klass/sonin/12
http://fishwatching.org/gas-bladder-anatomy/