O rybich skrzelach
Ryba zanurzona w wodzie potrzebuje tlenu tak samo jak Ty. Nie musi jednak wynurzać głowy przy każdym oddechu. Pobiera go za pomocą skrzeli, których delikatna budowa pozwala wykorzystać tlen rozpuszczony w wodzie. Samo zanurzenie nie wystarcza – woda musi jeszcze opływać powierzchnię oddechową. Patrząc na rybę w akwarium, możesz dostrzec część tego procesu. Ruchy pyska i pokryw skrzelowych mają swój cel, choć najważniejsze zjawiska pozostają niewidoczne dla oka.
Najważniejsze informacje w skrócie
- Ryby oddychające skrzelami pobierają tlen rozpuszczony w wodzie, który następnie trafia do ich krwi.
- Skrzela nie rozkładają cząsteczek H2O. Wykorzystują rozpuszczony w wodzie tlen O2.
- Cienka bariera w blaszkach skrzelowych pozwala na przenikanie tlenu do krwi dzięki dyfuzji.
- Woda i krew płyną przy powierzchni wymiany gazowej w przeciwnych kierunkach, zwiększając wydajność pobierania tlenu.
- Tlen dostaje się do wody z atmosfery. Dostarczają go również organizmy prowadzące fotosyntezę.
- Przy jednakowym ciśnieniu i zasoleniu ciepła woda może utrzymać mniej tlenu niż chłodna.
- Nocą fotosynteza ustaje, lecz oddychanie organizmów wodnych nadal zużywa dostępny tlen.
- Rogoząb australijski ma jedno płuco, którym uzupełnia oddychanie za pomocą skrzeli.
Na początek – budowa skrzeli a płuc, jaka jest między nimi różnica?
Skrzela i płuca służą do wymiany gazowej, ale są przystosowane do innych warunków. Nasze płuca pobierają tlen z powietrza. Skrzela większości ryb umożliwiają pobieranie tlenu rozpuszczonego w wodzie. W obu przypadkach musi on dotrzeć do krwi, która rozprowadza go po organizmie. Różnica tkwi przede wszystkim w budowie powierzchni, na której odbywa się ta wymiana.
W ludzkich płucach drogi oddechowe rozgałęziają się na coraz drobniejsze przewody. Na ich końcach znajdują się pęcherzyki płucne, czyli niewielkie przestrzenie wypełniane powietrzem. Ich ściany są bardzo cienkie, a tuż obok biegną naczynia włosowate. Dzięki temu tlen ma krótką drogę do krwi. W przeciwnym kierunku przemieszcza się dwutlenek węgla, który usuwamy podczas wydechu. Nie trzeba więc zalewać całego narządu powietrzem pod dużym ciśnieniem – potrzebny jest kontakt z odpowiednio zbudowaną powierzchnią.
Skrzela wyglądają inaczej. Ich liczne listki skrzelowe mają drobne, cienkie blaszki, w których płynie krew. Możesz wyobrazić sobie powierzchnię wielokrotnie pofałdowaną, mieszczącą się w niewielkiej przestrzeni przy głowie ryby. Takie ułożenie zwiększa obszar dostępny dla wymiany gazowej. Gdyby skrzela miały gładką powierzchnię, przy tych samych rozmiarach kontakt z wodą byłby znacznie mniejszy. To właśnie drobne struktury, niewidoczne podczas zwykłego oglądania ryby, mają tu ogromne znaczenie.
Czy skrzela można zatem nazwać płucami działającymi pod wodą? Jako luźne porównanie – tak, choć budowa tych narządów wyraźnie się różni. W płucach powietrze wypełnia wewnętrzne przestrzenie, natomiast woda opływa delikatne powierzchnie skrzeli. Woda i krew pozostają oddzielone cienką barierą. Do krwi trafiają gazy, a nie strumień wody pobrany pyskiem.
Woda zapewnia też delikatnym strukturom skrzelowym podparcie. Po wyjęciu ryby mogą one zapadać się i przylegać do siebie, ograniczając powierzchnię wymiany gazowej. Dlatego większa dostępność tlenu w powietrzu nie wystarcza, aby typowa ryba mogła nim oddychać. Jej narząd oddechowy potrzebuje odpowiednich warunków, a samo otwieranie pyska nie zastąpi zanurzenia.
Na zdjęciu mały kirys autora artykułu.
Skąd się bierze tlen w wodzie?
Wzór H2O może trochę namieszać. Skoro w cząsteczce wody znajduje się tlen, dlaczego rybie miałoby go zabraknąć? Ponieważ skrzela nie rozkładają wody na wodór i tlen. Ryby wykorzystują cząsteczki tlenu O2 rozpuszczone pomiędzy cząsteczkami wody. To osobny składnik, którego ilość może się zmieniać. Pełny zbiornik nie oznacza więc automatycznie wystarczających zapasów do oddychania.
Jednym ze źródeł jest atmosfera. Na styku powietrza z wodą zachodzi wymiana gazów, dzięki której tlen może rozpuszczać się w zbiorniku. Ruch powierzchni ułatwia jego dostarczanie, zwłaszcza gdy woda jest słabo natleniona. Dlatego wzburzony nurt zwykle sprzyja lepszemu zaopatrzeniu w tlen niż zastój. W akwarium podobną rolę może pełnić ruch tafli wywołany przez wylot filtra. Niepozorne falowanie ma znaczenie dla tego, co dzieje się niżej, przy skrzelach ryb.
Tlen powstaje również podczas fotosyntezy roślin wodnych i glonów. Przy dostatecznym oświetleniu organizmy te mogą wzbogacać wodę w ten gaz. Nocą fotosynteza ustaje, lecz oddychanie trwa nadal i zużywa tlen. Rośliny nie są zatem źródłem działającym przez całą dobę. Przy dużej ilości glonów różnica między dniem a nocą może być znaczna, a nocny spadek natlenienia niebezpieczny dla ryb.
Znaczenie ma także temperatura. Przy takim samym ciśnieniu i zasoleniu ciepła woda może utrzymać mniej rozpuszczonego tlenu niż chłodna. Jego zapasy uszczupla też aktywność bakterii rozkładających materię organiczną. W zbiorniku tlen jest więc stale dostarczany, ale zarazem zużywany. Ryba korzysta z tego, co pozostaje dostępne w otaczającej ją wodzie.
Od pyska do skrzeli – czyli którędy płynie woda podczas oddychania?
U wielu ryb kostnoszkieletowych woda dostaje się do jamy gębowej przez otwarty pysk. Powiększenie tej przestrzeni obniża ciśnienie, dzięki czemu woda zostaje zassana do środka. Następnie jest kierowana ku skrzelom. Nie trafia więc do żołądka przy każdym ruchu pyska – oddychanie odbywa się inną drogą niż połykanie pokarmu. Po opłynięciu powierzchni oddechowej woda wypływa otworami przy tylnych krawędziach pokryw skrzelowych.
Ruchy jamy gębowej i pokryw skrzelowych tworzą mechanizm pompujący wodę. Jego działanie opiera się na zmianach ciśnienia po obu stronach skrzeli. Poszczególne ruchy są ze sobą skoordynowane, dlatego przepływ może utrzymywać się przez niemal cały cykl oddechowy. Z zewnątrz widać tylko delikatne otwieranie pyska i odchylanie pokryw. Pod nimi trwa jednak wymiana wody, nawet gdy ryba zawisła nieruchomo nad dnem.
Czy każda ryba musi samodzielnie pompować wodę w ten sposób? Nie. U części gatunków przepływ przez skrzela zapewnia pływanie z otwartym pyskiem. Ruch do przodu wtłacza wodę do jamy gębowej, a dalej kieruje ją ku powierzchni oddechowej. Niektóre rekiny są zależne od takiego rozwiązania. Inne potrafią pompować wodę podczas odpoczynku albo korzystają z obu sposobów, zależnie od sytuacji.
Na zdjęciu jeszcze mniejszy kirys autora artykułu.
Jak skrzela pobierają tlen
Samo opłynięcie skrzeli to dopiero początek. Tlen dostaje się do krwi dzięki dyfuzji, czyli samorzutnemu przemieszczaniu się cząsteczek przez cienką barierę oddechową. Kierunek tej wymiany zależy od różnicy ciśnienia parcjalnego tlenu między wodą a krwią. Krew docierająca do skrzeli po zaopatrzeniu tkanek jest uboga w tlen, co sprzyja pobieraniu go z otaczającej wody. Nie ma tu osobnej pompy wtłaczającej cząsteczki tlenu do naczyń. American Physiological Society
Ryba musi natomiast zapewnić przepływ wody oraz krążenie krwi. Bez ich odnawiania różnica umożliwiająca dyfuzję stopniowo by malała. To trochę tak, jak przy wietrzeniu pomieszczenia: samo otwarcie drogi nie wystarcza, jeśli po obu stronach nic się nie zmienia. W skrzelach świeża porcja wody zastępuje tę, która oddała część tlenu. Równocześnie natleniona krew odpływa, ustępując miejsca następnej.
Pomaga w tym szczególny układ przepływu. Woda i krew płyną w obrębie blaszek skrzelowych w przeciwnych kierunkach. Nazywa się to wymianą przeciwprądową. Dzięki niej krew może pobierać tlen na znacznej długości powierzchni oddechowej. Nawet gdy zawiera go już więcej niż na początku, napotyka wodę nadal zdolną oddawać jej kolejne cząsteczki. Różnica potrzebna do wymiany zostaje więc zachowana dłużej.
Dlaczego przeciwne kierunki mają takie znaczenie? Gdyby oba strumienie płynęły zgodnie, warunki po ich dwóch stronach szybciej zbliżałyby się do równowagi. Pobieranie tlenu stawałoby się przez to coraz słabsze. Układ przeciwprądowy pozwala lepiej wykorzystać wodę opływającą skrzela, zamiast szybko utracić możliwość dalszej wymiany. To szczególnie przydatne w środowisku, gdzie tlenu jest mniej niż w podobnej objętości powietrza. Nature
Po dotarciu do krwi tlen wiąże się przede wszystkim z hemoglobiną znajdującą się w czerwonych krwinkach. W tej postaci jest transportowany do tkanek, gdzie zostaje uwolniony i wykorzystany przez komórki. Skrzela zapewniają zatem miejsce pobierania tlenu, ale dopiero krążenie umożliwia dostarczenie go dalej. Płynąca ryba korzysta z tego transportu również wtedy, gdy wykonuje gwałtowny zwrot albo przyspiesza za zdobyczą.
Czy wszystkie ryby oddychają wyłącznie skrzelami?
Nie. Niektóre ryby potrafią pobierać tlen również z powietrza, wykorzystując dodatkowe powierzchnie oddechowe. Taka zdolność pomaga im żyć w wodach, w których samo oddychanie skrzelami nie zawsze wystarcza. Sposób pobierania powietrza zależy jednak od gatunku.
Dorosły bojownik ma narząd labiryntowy, położony w komorach nad skrzelami. Jego silnie ukrwiona powierzchnia umożliwia wymianę gazową z pobranym powietrzem. Ryba podpływa do tafli i nabiera porcję powietrza pyskiem, choć nadal korzysta także ze skrzeli. Jeśli obserwujesz bojownika w akwarium, takie zachowanie samo w sobie nie musi oznaczać niedoboru tlenu. Dla niego to część zwykłego sposobu oddychania.
U ryb dwudysznych występują natomiast płuca umożliwiające oddychanie powietrzem atmosferycznym. Nie jest to tylko potoczna nazwa dodatkowego narządu. Przykładowo rogoząb australijski ma jedno płuco, którego używa do uzupełniania oddychania skrzelowego. Ryba może więc łączyć dwa sposoby pozyskiwania tlenu, zamiast być zależna wyłącznie od tego rozpuszczonego w wodzie.
Jeszcze inne rozwiązanie wykorzystuje arapaima, duża ryba z dorzecza Amazonki. Jej zmodyfikowany pęcherz pławny pełni funkcję oddechową, pozwalając pobierać tlen z powietrza. Dzięki temu arapaima może przebywać w słabo natlenionych wodach, gdzie wiele innych ryb miałoby trudności z oddychaniem. Musi jednak mieć dostęp do powierzchni – dodatkowy narząd korzysta z powietrza nabieranego nad wodą.
Widok ryby przy tafli warto więc odczytywać z uwzględnieniem jej gatunku. U bojownika nabranie powietrza może być zwykłym oddechem, podczas gdy u ryby zależnej od skrzeli podobne zachowanie może sygnalizować niedotlenienie.
FAQ – najczęściej zadawane pytania
Jak ryby pobierają tlen z wody za pomocą skrzeli?
Woda opływa blaszki skrzelowe, a rozpuszczony w niej tlen przenika przez cienką barierę do krwi. Następnie krew transportuje go do tkanek ryby.
Czym skrzela ryb różnią się od ludzkich płuc?
W ludzkich płucach powietrze wypełnia pęcherzyki płucne, natomiast woda opływa powierzchnie oddechowe skrzeli. Oba narządy umożliwiają wymianę gazową między otoczeniem a krwią.
Czy ryby oddychają tlenem zawartym w cząsteczkach H2O?
Nie, skrzela nie uwalniają tlenu z cząsteczek wody. Ryby pobierają tlen O2, który jest w niej rozpuszczony.
Czy ryba musi cały czas pływać, żeby oddychać skrzelami?
Wiele ryb samodzielnie pompuje wodę przez skrzela, dlatego może oddychać również podczas pozostawania w miejscu. Niektóre gatunki, np. część rekinów, potrzebują ruchu do zapewnienia odpowiedniego przepływu.
Dlaczego ryby mogą mieć trudności z oddychaniem w ciepłej wodzie?
Przy takim samym ciśnieniu i zasoleniu ciepła woda mieści mniej rozpuszczonego tlenu niż chłodna. Gdy jego ilość nadmiernie spadnie, rybom może zabraknąć tlenu do oddychania.
Czy bojownik oddycha skrzelami, czy powietrzem znad wody?
Dorosły bojownik korzysta ze skrzeli, ale pobiera również tlen atmosferyczny za pomocą narządu labiryntowego. Nabieranie powietrza przy tafli jest więc częścią jego sposobu oddychania.
Źródła
https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/physiol.00031.2018
https://www.amnh.org/learn-teach/resources-for-learning/hall-of-ocean-life/water-vertebrates-breathing
Odkryj więcej tematów związanych z domem i naturą:
Dodaj komentarz