Peștii marini au vezică de aer? Vezica natatoare la pește: descriere, funcții

vezica natatoare tipic pentru majoritatea peste osos. Din punct de vedere embrionar, apare ca o excrescență a părții dorsale a tubului digestiv. La multe specii se pierde legatura dintre vezica urinara si esofag (peste vezical inchis), dar la unele se mentine pe viata (peste vezical deschis). Vezica natatoare îndeplinește în principal o funcție hidrostatică, care este cauzată de o modificare a volumului de gaze din vezică și, în consecință, duce la o modificare a densității corporale a peștilor. La peștii cu vezici deschise, o modificare a volumului vezicii urinare se realizează prin comprimarea acesteia sau, dimpotrivă, extinderea la înghițirea aerului; în vezicule închise prin absorbție sau, dimpotrivă, eliberare de gaze printr-o rețea specială de capilare ale glandei gazoase (plexul miraculos). Gazul care umple vezica natatoare este predominant azot. La unii pești, vezica natatoare este conectată printr-un sistem de oase (așa-numitul aparat Weberian) cu urechea internă - labirintul membranos. Odată cu participarea sa, modificările volumului vezicii urinare asociate cu modificările poziției peștilor în coloana de apă sunt transmise canalelor semicirculare ale urechii interne, adică. organ al echilibrului. În plus, dispozitivul Weber transmite sunete. care sunt percepute de suprafața corpului, rezonează vezica natatoareși se transmit organului auditiv (labirint membranos). În general, aspectul vezicii natatoare se datorează probabil ponderii corpului peștelui din cauza formării unui schelet osos.

Viața în apă își lasă inevitabil amprenta asupra structurii corpului peștilor. Nu numai planul structural general, ci și multe sisteme de organe concepute pentru a asigura activitatea vitală a peștilor în mediu acvatic, prin structura lor, iar uneori prin principiile lor de funcționare, diferă de cele ale animalelor terestre. Există și cele care sunt unice, adică nu se găsesc la reprezentanții altor grupuri de animale vertebrate.

Printre problemele cu care se confruntă organisme acvaticeîn general și pentru pești în special, una dintre primele probleme importante este problema retenției în coloana de apă. Mai simplu spus, peștii se confruntă cu întrebarea „cum să nu se înece?” Într-adevăr, Densitatea corpului peștilor, ca majoritatea vertebratelor, depășește densitatea apei, variind pentru tipuri diferiteîn intervalul 1.07 - 1.12. Astfel, ar trebui să fie plutitoare negativ, adică s-ar scufunda în apă, dar știm că acest lucru nu se întâmplă. În procesul de evoluție, diferite grupuri de pești au dezvoltat o serie de adaptări care le permit să compenseze flotabilitatea negativă. Unele grupuri de pești au luat calea reducerii densității generale a corpului prin creșterea volumului țesuturilor cu densitate scăzută, de exemplu, țesutul adipos, în timp ce altele au dobândit un organ specializat - vezica urinară de înot sau gaz. Structura și funcționarea acestuia vor fi discutate în acest post.

Localizarea vezicii natatoare în corpul peștilor

Deci, definiția clasică a vezicii natatorii este următoarea:

Vezica natatoare este o excrescere plină de gaz a părții anterioare a intestinului, a cărei funcție principală este de a oferi flotabilitate peștilor.

Există două puncte care merită remarcate în această definiție. În primul rând, faptul că nu spune nimic despre poziția excrescentului - în ciuda faptului că, în marea majoritate a speciilor, este dorsal, adică este așezat pe partea dorsală a corpului (ceea ce se observă uneori în definiția vezicii natatorii). Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă în toate grupurile de pești - într-un număr mic de taxoni este o excrescere ventrală. În al doilea rând, în ceea ce privește sintagma „funcția principală” cu accent semantic pe „principal” - vezica natatoare poate îndeplini multe funcții diferite, iar cea hidrostatică în diferite grupuri de pești nu este singura, și uneori chiar cea principală. Vă voi spune mai multe despre asta mai jos.

vezica natatoare înăuntru grupuri diferite peşte

În primul rând, permiteți-mi să vă reamintesc că am stabilit că peștii sunt un grup colectiv de vertebrate acvatice care de-a lungul vieții au branhii și folosesc membre de tip înotătoare pentru mișcare. După cum puteți vedea, nu se spune nimic despre vezica natatoare ca o caracteristică integrală a peștilor în această definiție. De ce s-a întâmplat acest lucru, deoarece vezica natatoare nu se găsește la alte grupuri de animale și este caracteristică doar peștilor? Răspunsul este simplu - adevărul este că, în primul rând, nu toate grupele de pești au acest organ și, în al doilea rând, chiar și în acele grupuri pentru care este caracteristic, există specii care l-au pierdut în procesul de evoluție ca un organ inutil.

Principalii taxoni mari moderni de pești în raport cu prezența/absența unei vezici natatoare și funcțiile pe care le îndeplinește sunt caracterizați după cum urmează:

Ciclostomi (lacrii și miurgini)- fara vezica natatoare
Cartilaginoase (rechini, raze, himere) - fără vezică natatoare
Coelacanthas (coelacanths)- vezica natatoare este redusă
Lungopneath - prezent, organ respirator
Multipene - prezent, organ respirator
Ganoide cartilaginoase (asemănătoare sturionilor)- disponibil, corp hidrostatic
Ganoide osoase - prezent, organ respirator
Pește osos - există, la unii un organ redus, hidrostatic, la un număr mic de specii există un organ respirator

Vezica natatoare și plămânii vertebratelor terestre

Din revizuirea de mai sus, poate fi detectată o tendință interesantă - în grupurile de pești mai vechi din punct de vedere evolutiv, vezica natatoare este un organ respirator și numai în grupurile mai vechi de pești. grupuri moderne capătă funcţia de organ hidrostatic. Pentru a înțelege logica acestor transformări, este necesar să ne întoarcem la biologia reprezentanților vii ai grupurilor antice de pești și a strămoșilor lor fosili. În prezent, speciile vii, de regulă, locuiesc în corpuri de apă slab curgătoare, stagnante sau chiar secate, în care se confruntă adesea cu problema lipsei de oxigen dizolvat în apă. Condiții similare au existat în rezervoarele din perioada Devoniană (cu aproximativ ani în urmă), când strămoșii lor au evoluat. Astfel de condiții i-au forțat peștilor să caute alte surse de oxigen. Singura astfel de sursă era aerul atmosferic, pe care aceste forme îl puteau înghiți de la suprafața apei și apoi „asimila” în partea anterioară a intestinului. După cum știm, eficiența acestei asimilări este cu atât mai mare suprafata mare merge - aceasta este ceea ce a direcționat evoluția pe calea creșterii mai întâi a volumului părții anterioare a intestinului, ceea ce a condus la apariția unei excrescențe separate și apoi la o creștere a suprafeței sale. Rezultatul final aceste procese au devenit aspectul unui plămân animale terestre, a căror origine este idei moderne asociat cu evoluția vezicii natatoare la atingerea pământului. Astfel, răspunsul la întrebarea „ce a fost primar din punct de vedere funcțional, plămânul sau vezica natatoare” este „plămân” - aparent, funcția respiratorie (respirație) a fost cea care a precedat-o pe cea hidrostatică.

crapul comun

Interesant este că achiziționarea unei vezici natatoare, care îndeplinește funcția de respirație, a avut loc independent la diferite grupuri de pești. Această concluzie poate fi trasă comparând poziția sa față de tubul digestiv, de exemplu, în ganoidele cu mai multe pene și osoase, ceea ce ne arată două moduri diferite de formare a vezicii natatoare. În multi-pene, vezica natatoare este ventrală (situată până la burtă de la tractului digestiv) excrescență, în timp ce la ganoidele osoase (știucă cu coajă, amia), ai căror strămoși au evoluat probabil în aceeași epocă cu strămoșii multifinelor, această excrescență este situată dorsal. În ambele grupuri, legătura dintre vezica natatoare și intestin este păstrată printr-un canal special, care are aceeași locație cu excrescentul - ventral în multiplicare, dorsal în ganoidele osoase. În rest, aceste structuri sunt similare. Vezica natatoare a multipenelor seamănă cu plămânul animalelor terestre și este considerată cea mai primitivă structură. Aceasta este o creștere cu doi lobi, suprafata interioara care are o structură aproape netedă cu un număr mic de pliuri. La ganoidele osoase, vezica natatoare este, de asemenea, bilobată, dar suprafața sa internă are multe creste pentru a crește suprafața prin care poate pătrunde oxigenul. Într-un alt grup antic de pești - fosilele Meatlobates și descendenții lor vii Coelacanths - vezica natatoare s-a format ca o excrescență ventrală a intestinului. De asemenea, este necesar să se remarce asemănarea în poziția vezicii natatoare a lobilor cărnoase și a plămânului vertebratelor terestre, care este, de asemenea, situat ventral. Această asemănare nu este o coincidență - lobii cărnoși au fost cei care au făcut o revoluție în lumea animalelor, venind pe uscat și dând naștere tuturor formelor de viață vertebrate terestre.

Evoluția timpurie a vezicii natatoare

Treptat, odată cu schimbările climei antice și cu explorarea oceanului de către pești, funcția respiratorie a vezicii natatoare s-a pierdut și funcția hidrostatică a fost pe primul loc. După cum ne amintim, în toate grupurile moderne de pești osoși, cu câteva excepții, vezica natatoare este o excrescență dorsală nepereche. Această poziție se compară favorabil cu cea ventrală, deoarece în primul caz al poziției dorsale, centrul de greutate al corpului este deplasat în jos, ceea ce face ca poziția corpului în mediul acvatic să fie mai stabilă. Nu există nicio îndoială că majoritatea pești moderni vezica natatoare a evoluat dintr-o proiecție dorsală care era prezentă la strămoșii lor. Cu toate acestea, nu există nicio contradicție semnificativă cu ipoteza că, într-un număr de grupuri, vezica natatoare s-ar putea „târâi” din partea ventrală în partea dorsală. Cel mai remarcabil lucru este că putem observa acest proces la unii specii moderne, în care structura vezicii natatoare este intermediară între localizarea dorsală și cea ventrală. Astfel, la peștii din genul Erythrinus, vezica urinară, deși este situată dorsal, este conectată printr-un canal care se extinde din partea laterală a intestinului. Observăm o structură și mai interesantă la peștele pulmonar Neoceratodus, în care vezica natatoare este situată și dorsal, dar canalul care o leagă de intestin se extinde din partea ventrală a tubului digestiv și se înfășoară în sus, înconjurând intestinul. În același timp, se observă o „înfășurare” a întregului sistem - vasele de alimentare cu sânge și nervii coboară mai întâi în jos, apoi sub intestine și numai după aceea urcă din nou la vezica natatoare.

Clar diverse opțiuni Pozițiile vezicii natatoare ale peștilor sunt prezentate în figura de mai jos.

Vezica natatoare - nepereche sau se dublează organ pești, efectuând producție hidrostatică, respiratorie și sonoră funcții.

Vezica natatoare, care îndeplinește o funcție hidrostatică, participă simultan la schimbul de gaze și servește ca organ care percepe modificările presiunii (baroreceptor). La unii pești este implicat în producerea și amplificarea sunetelor. Apariția vezicii natatoare este de obicei asociată cu apariția unui schelet osos, ceea ce crește greutatea specifică a peștilor osoși.

Peștii ganoizi și majoritatea peștilor osoși au vezică natatoare. Se formează ca o excrescere a intestinului în zona esofagului și este situat în spatele intestinului sub forma unui sac longitudinal nepereche, care comunică cu faringele prin trecerea aerului (ductus pneumaticus). Pe partea îndreptată spre cavitatea corpului, vezica natatoare este acoperită cu o peliculă argintie de peritoneu. În posterior se învecinează cu rinichii și coloana vertebrală.

Flotabilitatea neutră a peștilor osoși este asigurată, în primul rând, de un organ hidrostatic special - vezica natatoare; În același timp, îndeplinește și câteva funcții suplimentare. Utilizarea gazelor în vezica urinară, în special oxigenul, poate avea loc prin capilarele din oval - o secțiune a vezicii urinare cu pereți subțiri, echipată cu mușchi inelari și radiali. Când ovalul este deschis, gazele difuzează prin peretele subțire în plexul coroid și intră în sânge; când sfincterul se contractă, suprafața de contact a ovalului cu plexul coroid scade și resorbția gazelor se oprește. Prin modificarea conținutului de gaz din vezica natatoare, peștele poate, în anumite limite, să modifice densitatea corpului și, prin urmare, flotabilitatea. La peștii cu vezici deschise, intrarea și eliberarea gazelor din vezica natatoare are loc în principal prin conducta acesteia.

La înotătorii excelenți care fac mișcări verticale rapide (ton, macrou obișnuit, bonito) și la locuitorii de fund (loaches, gobi, blennies, flonder etc.), vezica natatoare este adesea redusă; acești pești au flotabilitate negativă și își mențin poziția în coloana de apă datorită eforturilor musculare. La unii pești fără vezică, acumularea de grăsime în țesuturi le reduce greutatea specifică, crescând flotabilitatea. Astfel, la macrou, conținutul de grăsime din carne ajunge la 18-23,% iar flotabilitatea poate deveni aproape neutră (0,01), în timp ce la bonito, cu doar 1-2% grăsime în mușchi, flotabilitatea este de 0,07.

Vezica de înot oferă peștelui flotabilitate zero, astfel încât nu plutește la suprafață și nu se scufundă în fund. Să presupunem că peștele înoată în jos. Creșterea presiunii apei comprimă gazul din bule. Volumul peștelui, și odată cu el și flotabilitatea, scade și peștele eliberează gaz în vezica natatoare, astfel încât volumul acestuia să rămână constant. Prin urmare, în ciuda creșterii presiunii externe, volumul peștelui rămâne constant și forța de flotabilitate nu se modifică.

De exemplu:

Rechinii sunt în mișcare de la prima la ultima zi viața lor și odihnă doar în partea de jos, deoarece absența vezicii natatoare îi privează de flotabilitatea pe care o au peste osos. Absența unei vezici de înot (sau, așa cum se numește altfel, a unei vezici de aer) nu permite rechinului să „atârne” nemișcat la orice adâncime. Corpul său este mai dens decât apa pe care o deplasează, iar rechinul poate rămâne pe linia de plutire doar mișcându-se fără oprire.

O altă caracteristică adaptativă a multor specii de pești de litoral este absența completă a vezicii natatoare sau reducerea severă a acesteia. Prin urmare, acești pești au flotabilitate negativă, adică. corpul lor este mai greu decât apa. Această caracteristică le permite să se întindă pe fund, acolo unde curentul este cel mai slab și sunt multe adăposturi, fără a depune niciun efort. efort deosebit pentru a nu fi luat de val.

Vezica natatoare a unui pește este o excrescență a esofagului.

Vezica natatoare ajută peștele să rămână la o anumită adâncime – cea la care greutatea apei deplasată de pește este egală cu greutatea peștelui însuși. Datorită vezicii natatoare, peștele nu consumă energie suplimentară menținându-și corpul la această adâncime.

Peștele este lipsit de capacitatea de a-și umfla sau contracta în mod voluntar vezica natatoare. Dacă un pește se scufundă, presiunea apei asupra corpului său crește, acesta este comprimat și vezica natatoare se contractă. Cu cât peștele cade mai jos, cu atât presiunea apei devine mai puternică, cu atât corpul peștelui este mai comprimat și caderea acestuia continuă mai rapid. Și când peștele se ridică în straturile superioare, presiunea apei asupra acestuia scade, iar vezica natatoare se extinde. Cu cât peștele este mai aproape de suprafața apei, cu atât gazul din vezica natatoare se extinde, ceea ce reduce greutatea specifică a peștelui. Acest lucru împinge peștele mai departe spre suprafață.

Deci, peștele nu poate regla volumul vezicii sale natatoare. Dar în pereții bulei există terminații nervoase, trimițând semnale către creier pe măsură ce acesta se contractă și se extinde. Creierul trimite comenzi pe baza acestor informații organele executive- muschii cu care se misca pestii.

Astfel, vezica natatoare a unui pește este sa aparat hidrostatic, asigurandu-i echilibrul: ajuta pestii sa se mentina la o anumita adancime.

Unii pești pot scoate sunete folosind vezica lor natatoare. La unii pești, servește ca rezonator și traductor al undelor sonore.

Apropo...

Vezica natatoare apare în timpul dezvoltării embrionare a peștilor ca o excrescență a tubului intestinal. În viitor, canalul care leagă vezica natatoare de esofag poate rămâne sau deveni supraîncărcat. În funcție de faptul dacă peștele are un astfel de canal, toți peștii sunt împărțiți în veziculoasă deschisăȘi vezical închis. Peștele cu vezică urinară deschisă poate înghiți aer și astfel controlează volumul vezicii natatoare. Peștii cu vezică deschisă includ crapul, heringul și sturionii. La peștii cu vezical închis, gazele sunt eliberate și absorbite printr-un plex dens de capilare sanguine de pe peretele interior al vezicii natatoare - corpul roșu.