Рыба которая дышит и жабрами и воздухом. Живые ископаемые. Двоякодышащие рыбы. Рыбы, способные лазить по деревьям

Как это ни странно звучит, но для некоторых видов рыб дыхание атмосферным воздухом является почти нормой. Это зависит от различных особенностей образа жизни и условий обитания в водоёмах (обычно бедных кислородом). Приспособления к атмосферному дыханию могут быть очень разными, например, у есть особый лабиринтовый орган. А двоякодышащие рыбы имеют своеобразные «лёгкие», которые представляют собой плавательный пузырь, стенки которого пронизаны большим количеством кровеносных сосудов (как настоящие лёгкие млекопитающих). Но основным органом дыхания у всех рыб являются жабры.

Какие рыбы являются двоякодышащими

Происхождение названия двоякодышащие связано с двумя способами дыхания (жаберным и «лёгочным»), характерными для этих видов рыб. Это очень древняя группа, существовавшая уже 400 миллионов лет до н.э. Она является частью класса костных рыб, в котором учёные выделяют два подкласса: лопастепёрые и лучепёрые, отличающиеся строением парных плавников и особенностями осевого скелета. Для лопастепёрых рыб характерно наличие в грудных и брюшных плавниках своеобразных опорных лопастей, имеющих внутренние хрящевые скелетные образования.

Среди лопастепёрых выделяют две группы:

• кистепёрые (один ныне живущий представитель – латимерия);
• двоякодышащие (6 видов), которые распространены в пресноводных водоёмах Южной Америки, Африканского континента и Австралии.

Однолёгочниковые и двулёгочниковые

Представители двоякодышащих рыб разделяются на два семейства:

• двулёгочниковые, или чешуйчатниковые, или лепидосиреновые (Lepidosirenidae), в котором учёные выделяют 5 видов;
• однолёгочниковые, представленные всего одним видом.

Принцип деления понятен: по количеству «лёгких» — плавательных пузырей, которые соединены с пищеводом и обеспечивают организм этих уникальных рыб кислородом из воздуха. На ниже расположенном видео перед вами плавает представитель семейства двулёгочниковых – протоптер, которого часто можно встретить в зоопарках и публичных аквариумах.

Уникальность двоякодышащих состоит в том, что большинство из них способно полностью переходить на лёгочное дыхание при наступлении засухи. Это может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет.

Прочие рыбы, умеющие дышать атмосферным воздухом, такими способностями не обладают. Поэтому они не являются настоящими двоякодышащими рыбами. Например, при помощи наджаберного органа могут несколько часов дышать атмосферным воздухом и находиться на суше, но не более.

Американский чешуйчатник – лепидосирен

Представителем двоякодышащих рыб на американском континенте является американский чешуйчатник (Lepidosiren paradoxa), которого называют лепидосирен – производное от его латинского названия. Живёт он в бассейнах рек Амазонки и Параны в центральной части Южной Америки. Обычно встречается во временных водоёмах, заболоченных и с большим количеством водной растительности. Вода в таких водоёмах обычно стоячая. Встретить американского чешуйчатника можно и в реках, но крайне редко. Живёт он и в озёрах, которые в течение всего года наполнены водой.

Эта двоякодышащая рыба ведёт малоподвижный образ жизни:

• практически постоянно находится на дне водоёма, медленно передвигаясь на животе между густыми зарослями растений или неподвижно лёжа на грунте;
• всплывает к поверхности воды лишь иногда, чтобы вдохнуть атмосферный воздух.

Дыхание происходит так: рыба высовывает морду из воды и выдыхает. Потом ненадолго опускается в толщу воды, и вновь поднимает морду над водой, чтобы сделать глубокий вдох. Затем следует медленное погружение лепидосирена на дно, попутно из жаберных отверстий выпускается избыток воздуха.

Особенности внешнего вида и строения

Американский чешуйчатник по форме тела похож на угря: туловище такое же змееобразно вытянутое и вальковатое. Мелкая чешуя покрывающая тело, глубоко погружена в кожу. Цвет тела серовато-бурый, на спине заметно несколько больших чёрных пятен. Молодые рыбы до 20 сантиметров длиной чёрно-фиолетовые с множеством ярко-желтых крапинок, которые по мере взросления исчезают. Чешуйчатники могут вырастать до длины более 1 метра и весят несколько килограммов.

Парные грудные плавники и брюшные, сдвинутые далеко назад к хвосту, имеют жгутообразное строение. В отличие от протоптеров у лепидосирена эти плавники менее развиты, короче, и в них отсутствуют опорные скелетные элементы. Являясь двулёгочниковым, имеет парный плавательный пузырь.

Почему лепидосирен впадает в спячку

Когда начинается высыхание водоёма, и уровень воды сильно снижается, американские чешуйчатники роют в грунте «спальные гнёзда» и впадают в состояние «спячки». Если выпадают обильные осадки и водоём не высыхает, то рыбы не залегают в спячку. Лепидосирены, обитающие в водоёмах с постоянным наличием воды, тоже не нуждаются в этом.

В своём убежище чешуйчатники лежат очень компактно, свернувшись пополам. Рыло рыбы направлено обязательно вверх, задняя часть туловища расположена вплотную к передней, а плоский хвост переброшен через голову так, что его нижняя часть полностью прикрывает оба глаза, но рот остаётся свободным и немного приоткрытым. В такой позе находятся и другие двоякодышащие рыбы, имеющие два лёгких (африканские протоптеры).

«Спальня», где лежит лепидосирен, сообщается с наружным воздушным пространством при помощи воздушной камеры, которая сверху прикрыта колпачком, а внутри камеры может располагаться.

Запасы жира, отложенные накануне в межмышечной ткани, служат источником энергии для обеспечения процессов метаболизма организма чешуйчатника. У протоптера для этой цели используются мышцы. Спячка завершается, когда начинается влажный сезон, и высохший водоём вновь наполняется дождевой водой. Рыбы очень осторожно выбираются из своих «спальных гнёзд». В это время они отличаются отменным аппетитом и очень много едят.

Размножение

Вскоре после пробуждения, восстановив силы после «вынужденного отдыха», все двоякодышащие приступают к нересту. Для этой цели роется другое гнездо – выводковое, которое имеет простое строение. Это глубокая нора. Она идёт сначала вертикально вниз, потом разворачивается горизонтально и переходит в небольшое расширение. Диаметр такой норы обычно не больше 20 сантиметров, а длина может быть даже до 1.5 метров, но чаще – до 80-ти сантиметров.

В устроенную таким образом выводковую камеру американские чешуйчатники затаскивают остатки отмерших листьев или траву, и на этот субстрат откладывают икру. Для лопастепёрых рыб характерна крупная икра. У лепидосирена диаметр икринки около 6,5-7,0 миллиметров. Гнездо и будущих детей охраняет самец, как это часто наблюдается у других рыб, например, у .

Интересно: слизь, выделяемая чешуйчатником на поверхности тела, очищает воду в глубине гнезда от мути. Слизь выступает в роли коагулянта – вещества, которое заставляет мелкие частички ила объединяться в более крупные и падать в осадок на дно выводкового гнезда. Это очень важно для развития икринок и личинок.

Личинки, развивающиеся в гнезде, имеют наружные жабры, которые исчезают после их выхода из гнезда.

Все началось с того дня, когда Уильям Форстер решил прогуляться по городу. Прежде он разводил овец и жил на ферме, далеко от цивилизованного мира, на Бенет-Ривер в Квинсленде. Потом это дело ему надоело, и он приехал в Сидней, чтоб там поселиться. В один из дней 1869 года Форстер решил осмотреть город. Зашел, конечно, и в музей.

Здесь встретил Герарда Крефта, куратора музея, и они разговорились. Форстер спросил между прочим:
– Сэр, почему нет в вашем музее ни одной из тех больших рыб, что живут у нас в Бенет-Ривер?
– Больших рыб? Какие это большие рыбы?
– А баррамунда. Мы зовем их еще бенетскими лососями.
– Где Бенет-Ривер? Я не знаю.
– На севере, сэр. В Квинсленде. Тем много этих рыб. Они похожи на жирных угрей. Зеленые, футов пять длиной. Чешуя у них толстая, крупная. И представьте себе – у этой баррамунды только четыре плавника! Все на брюхе. Да, только четыре, я хорошо помню: сам не раз ловил.
– Знаете, Форстер, понятия не имею, о какой рыбе вы говорите. Я о вашей баррамуиде ничего не слышал. Может быть, это какая-нибудь неизвестная еще науке разновидность? Хорошо бы достать нам для музея парочку баррамунд.
– О, конечно, – любезно согласился Форстер. – Это можно сделать. Мой кузен еще живет на ферме. Я напишу ему.

И вот через несколько недель в сиднейский музей привезли бочку, а в бочке были рыбы, очень крепко посоленные.

Крефт буквально остолбенел, когда увидел их. Форстер не ошибся: рыбы совершенно невиданные. Да, только четыре у них плавника. Все на брюхе. И все похожи скорее на короткие лапы, но без пальцев. И хвост совсем особенный: не вильчатый, как у многих рыб, а словно бы оперенный, как птичье перо. Зоологи называют хвосты такого типа дифицеркальными. Это, пожалуй, наиболее древняя форма из всех рыбьих хвостов.

Но тут Крефт увидел на небе и нижней челюсти рыбы четыре большие пластинки сросшихся между собой зубов, похожие на петушиные гребни, – это было уж вовсе неожиданно.

Такие же вот зубы-терки давно попадались палеонтологам среди древних окаменелостей, но ни у одной живой рыбы их еще не нашли, Обладателей этих странных зубов профессор Агассиц, большой знаток ископаемых рыб, назвал цератодами, то есть рогозубами. Бесчисленные их стаи 70 и 100 миллионов лет назад населяли пресные воды нашей планеты.

И вот теперь Крефт держал в руках этого самого цератода! Так он решил, внимательно осмотрев зубы баррамунды, и потому без колебаний окрестил "бенетских лососей" цератодами. Но позднее палеонтологи нашли не только зубы, но и скелеты настоящих ископаемых цератодов, и они были не совсем похожи на скелет бенетского "цератода". Поэтому некоторые ихтиологи предложили к научному имени баррамунды прибавить приставку "нео" (то есть "новый") или "эпи" (что значит "после"). Но часто ее по-прежнему называют просто цератодом, без всяких приставок.

Исследуя рыб, Крефт разрезал одну из них и нашел еще нечто поразительное – легкое! Настоящее легкое в рыбе! У нее были и жабры, но было и легкое. Значит, баррамунда дышала и жабрами и легкими, значит – это двоякодышащая рыба!

До этого зоологи знали только двух даоякодышащих рыб: лепидосирена, или по-местному карамуру, обитающего в Южней Америке, и протоптеруса (он же комток), который распространен в Центральной Африке. У них по два легких, у неоцератода только одно. Лепидосирен и протоптерус живут в заросших травой и водорослями болотистых заводях, которые бывают наполнены водой только в периоды дождей. Но наступает засуха, и вода уходит. Речные старицы и болота пересыхают, и, чтобы не погибнуть, рыбы, которых природа, кроме жабр, наделила и легкими, зарываются в ил и впадают в спячку, как медведь в берлоге.

Неоцератод, найденный в Австралии, отличается от своих двоякодышащих сородичей не только тем, что у него одно легкое. Он в большей степени "вегетарианец", чем они: верный традициям предков, ест и растения, от которых другие двоякодышащие рыбы теперь отказываются. Свою очень крупную икру баррамунда откладывает не в норках и ямках на дне – каждую икринку в толстой студенистой оболочке прикрепляет к подводным растениям. И главное – в засуху, когда реки пересыхают, неоцератоды не закапываются в ил. Рыбы просто собираются в лужах и "дышат здесь легкими.

Они ползут туда, где под густой тенью кустов не так палит солнце и сохранились капли влаги. Там они лежат без движения. И дышат, и дышат. И ждут дождей. Но долго, конечно, так продержаться не могут. В большие засухи много неоцератодов погибает. Поэтому (и еще потому, что они очень вкусные) эти рыбы сейчас очень редки, уцелели они лишь в реках Бенет- и Мэри-Ривер.

К тому времени, когда бочка с солеными неоцератодами попала с Бенет-Ривер в сиднейский музей, Эрнст Геккель и Франц Мюллер уже сформулировали свой знаменитый биогенетический закон: филогенез повторяется в онтогенезе. Эти несколько слов значат очень много. Филогенезом биологи называют вековую эволюцию растений и животных. А онтогенезом – эмбриональное и послеэмбриональное развитие каждого отдельного организма.

Так вот, согласно биогенетическому закону, всякое животное, развиваясь от яйца до новорожденного, в ускоренном темпе проходит основные стадии эволюции своего вида, за несколько недель повторяя в общих чертах узловые фазы филогенетического метаморфоза, длившегося сотни миллионов лет. Вот почему зародыши птиц, лягушек, рыб, зверей и людей на определенных этапах развития похожи друг на друга. Человеческие зародыши в возрасте нескольких недель ясно свидетельствуют о том, что дальние наши предки когда-то были... рыбами.

С открытием биогенетического закона теория Дарвина получила мощное подкрепление. Было получено еще одно доказательство, что все позвоночные животные произошли от рыб.

Но от каких рыб? И кто породил самих рыб?

Это и хотел установить знаменитый немецкий биолог и дарвинист Эрнст Геккель, когда снаряжал экспедицию в Австралию за эмбрионами неоцератода. Ведь эта древняя рыба, как тогда решили, наиболее близка к тем загадочным существам, которые триста миллионов лет назад стали нашими предками.

В августе 1891 года ученик Геккеля Рихард Семон прибыл в Австралию. Доктор Крефт, описывая неоцератода, уверял, что тот живет в солоноватой воде, ест растения и в засуху закапывается в ил. Все оказалось не так. И Семон только даром потратил время, поверив Крефту и охотясь за рыбой в устьях рек Бенет- и Мэри-Ривер, где вода была солоноватой. Там никто и не слышал о такой рыбе.

Тогда Рихард Семон отправился в глубь страны. Он знал, что неоцератоды откладывают икру на растения. Икра крупная, почти сантиметр в поперечнике. Казалось бы, нетрудно ее заметить. Но Семон ее не находил. День за днем, неделю за неделей обшаривал он водоросли и подводные травы, но икры не было. Но Семон упорно лазил по тростникам по пояс в воде. И, наконец,– о удача! Три икринки! Вот они – три матовые бусинки на зеленом стебле! Сначала он не поверил глазам. Но сомнений не было: это икра баррамунды!

– Баррамунды? Нет, мистер, – дйелле. Австралийцы, которые помогали одержимому чужеземцу искать иголку в стоге сена, дружно качали головами.
– Нет, не баррамунды. Это икра дйелле.

У Семона опустились руки. Но тут он подумал – и не ошибся – а не перепутал ли Крефт и здесь: может быть, неоцератода на его родине называют не баррамундой, а дйелле?

– А какой он – дйелле?

Ему рассказали, какой. Показали и обглоданные его кости, и Семон понял – он нашел то, что искал.

Теперь, когда все знали, что иностранец ищет икру дйелле, дело сразу пошло на лад. Семон заспиртовал и привез в Европу семьсот икринок неоцератода. Эмбрионы, заключенные в них, были разного возраста. И когда Семой стал изучать их, его глазам открылись все фазы онтогенеза древнейшей из рыб.

Многие зоологи полагают, что древние предки рыб и всех вообще позвоночных (в том числе и человека), так называемые хордовые животные * , произошли от каких-то многощетинковых червей – полихет. Ланцетник, маленькая, похожая на лист ландыша "рыбка" без плавников, без костей, без зубов и без челюстей (но с хордой!}, которая, зарывшись в песок, процеживает ртом воду, выуживая детрит и планктон, представляет собой, пожалуй, наименее искаженный живой "портрет" давно вымерших наших предков, когда они не были уже червями, но не стали еще и рыбами.

За созданиями, похожими на ланцетника, появились бесчелюстные "перворыбы", от которых уцелели ныне лишь окаменевшие кожные зубы, а потом и челюстные рыбы.

Затем произошло великое переселение рыб из морей в реки. Возможно, что в пресные воды бежали они от хищных ракоскорпионов, безмерно расплодившихся в морях.

Из рек и озер вышли на сушу первые четвероногие. Рыбы, обитавшие здесь триста пятьдесят миллионов лет назад, дышали и жабрами, и легкими. Без легких они бы задохнулись в затхлой, бедной кислородом воде первобытных озер.

Одни из них зубами-жерновами жевали растения (так называемые настоящие даоякодышащие). Другие, кистеперые, ели всех, кого могли поймать.

Кистеперых ожидало великое будущее: судьбой суждено им было породить всех четвероногих и пернатых обитателей суши.

У древних рыб с легкими были удивительные лапоподобные плавники со скелетом, похожим на кисть, очень подвижные и мускулистые. На этих плавниках они ползали по дну. Наверное, вылезали и на берег, чтобы спокойно здесь подышать и отдохнуть. Постепенно плавники-ходули превратились в настоящие лапы. Рыбы вышли из воды и стали жить на суше.

Но какая причина побудила кистеперых рыб, которые, надо полагать, чувствовали себя в воде совсем неплохо, покинуть родную стихию? Недостаток кислорода? Нет. Даже если кислорода не хватало, они могли подняться на поверхность и подышать чистым воздухом. Ведь у них были и легкие.

Может быть, их выгнал на сушу голод? Тоже нет, потому что суша в то время была более пустынна и бедна пищей, чем моря и озера.

Может быть, опасность? Нет, и не опасность, так как кистеперые рыбы были самыми крупными и сильными хищниками в озерах той эпохи.

Поиски воды – вот что побудило рыб покинуть воду! Это звучит парадоксально, но именно к такому заключению пришли ученые, внимательно изучив все возможные причины. Дело в том, что в ту далекую пору неглубокие пресноводные водоемы часто пересыхали. Озера превращались в болота, болота – в лужи. Наконец, под палящими лучами солнца высыхали и лужи. Кистеперые рыбы, чтобы не погибнуть, должны были искать воду. В поисках воды рыбам, которые на своих удивительных плавниках умели неплохо ползать по дну, приходилось преодолевать по суше значительные расстояния. И выживали те из них, которые хорошо ползали и лучше были приспособлены к сухопутному образу жизни. Так постепенно, в результате сурового естественного отбора рыбы, искавшие воду, обрели новую родину. Они стали обитателями двух стихий – и воды, и суши. Произошли земноводные животные, или амфибии, а от них – пресмыкающиеся, затем птицы и млекопитающие. И, наконец, по планете зашагал человек!

* То есть обладатели хорды – упругой струны, протянутой от головы к хвосту в спинных мышцах животного. Этот опорный стержень – хорда – развился позднее в позвоночник. Первые (еще хрящевые) позвонки появились у бесчелюстных рыб четыреста миллионов лет назад.

• Читать: Рыбы дышат кишечником!

Без пищи животные могут прожить очень долго, а без кислорода - всего лишь несколько минут.

А как же быть рыбам? Ведь в воде трудно, казалось бы невозможно, дышать. В ней в двадцать раз меньше кислорода, чем в воздухе. Но, оказывается, это не так уж существенно. В легкие наземных животных кислород попадает тоже не непосредственно из атмосферы. Сперва он растворяется в жидкости, омывающей стенки легких, и только затем поступает в кровь. Выходит, что наземные животные тоже дышат кислородом, растворенным в воде.

Но почему в таком случае они не могут жить в воде, как рыбы? Да потому, что как только их легкие заполняются водой, растворенный в ней кислород мгновенно поглощается, а новый не поступает - и животное задыхается. Вот если бы вода в легких непрерывно заменялась свежей, то, скажем, собака или лошадь могли бы дышать в воде не хуже, чем в воздухе.

Для того чтобы нормально дышать в воде, нужны жабры. Жабры состоят из жаберных дуг с множеством лепестков. К жаберным дугам поступает отработанная кровь; здесь она отдает в воду углекислоту и обогащается кислородом.

Для нормального дыхания к жабрам тоже все время должна поступать свежая вода. Когда рыба плывет, вода входит в рот, омывает жабры и выходит через жаберные щели. Когда рыба стоит, она все время открывает и закрывает рот, приподнимает и опускает жаберные крышки, засасывая свежую и выталкивая старую воду.

Лучше использовать содержащийся в воде кислород помогают жабры, имеющие огромную поверхность. Например, у окуня поверхность жабр почти в 30 раз больше поверхности его тела.

Форма и величина поверхности жабр, а также строение жаберных щелей зависят от образа жизни рыб. У пелагических рыб, то есть у рыб, живущих в толще воды, большой рот и широкие жаберные щели, это способствует лучшему проникновению в жабры свежей воды.

У рыб, обитающих на дне, жаберные щели маленькие,- ведь иначе жабры засорились бы песком и илом. При таком строении щелей вода в жабрах обновляется плохо, поэтому у донных рыб имеются приспособления для принудительного обмена воды.

Например, угорь при «вдохе» раздувает щеки и засасывает воду через рот, при «выдохе» он закрывает рот и, сжимая щеки, выталкивает воду через жаберные Щели. У камбал есть особая жаберная перепонка, выталкивающая воду, как поршень. Еще своеобразнее дышат скаты. У них в верхней части головы имеется отверстие, снабженное клапаном. При «вдохе» клапан открывается и вода свободно проходит через отверстие, поступая к жабрам; при выдохе клапан захлопывается и вода выходит через жаберные щели.

Небольшая азиатская рыбка гиринохелус имеет привычку присасываться ртом к донным предметам. И вот для того, чтобы приток воды к жабрам не прекратился, у этой рыбки имеется две пары жаберных отверстий. Когда рот закрыт, вода поступает через верхние отверстия и выходит через нижние.

Однако как ни удивительно приспособлены жабры к окружающим условиям, они далеко не всегда обеспечивают рыбе нормальное дыхание. В одних водоемах постоянно не хватает кислорода, в других его содержание резко падает в определенные времена года. Летом кислородный голод наблюдается во время засухи, когда непроточные водоемы начинают пересыхать, и по ночам, когда водные растения усиленно поглощают кислород. Зимой доступ кислорода из атмосферы в воду резко сокращается, так как водоемы покрываются толстым слоем льда и снега.

Рыбы по-разному реагируют на количество растворенного кислорода в воде. Одни нуждаются в очень высоком его содержании (лосось, сиг, форель, судак), другие менее требовательны (плотва, окунь, щука), третьи удовлетворяются совершенно ничтожным количеством (карась, линь). Для каждого вида рыб существует как бы определенный порог содержания кислорода в воде, ниже которого они становятся вялыми, почти не перемещаются, плохо питаются и в конце концов погибают.

Одни рыбы не терпят даже малейшего «кислородного голодания» и населяют водоемы только с прозрачной, холодной, богатой кислородом водой. Другие живут даже в болотах.

Наверное, многие замечали, что при недостатке кислорода в аквариуме рыбы поднимаются на поверхность и начинают захватывать атмосферный воздух.

Но так дышать атмосферным воздухом в течение долгого времени рыбы не могут, поэтому некоторые из них приспособились дышать другими органами.

Карп, карась, линь часто обитают в прудах с затхлой водой; одних жабр им не хватает, и они дышат также поверхностью кожи. Карась и угорь в корзине с сырой травой, в холодное время, могут жить более двенадцати часов.

Еще дольше обходится без воды илистый прыгун. Охотясь за насекомыми, он проводит на суше много часов. Пойманных прыгунов держали по шесть суток на влажном песке, и они чувствовали себя вполне нормально. Дышат прыгуны, помимо жабр, кожей и полостью рта. Кроме того, жаберные крышки у них плотно прижимаются к телу, и жабры долгое время остаются влажными. Некоторые натуралисты считают, что прыгуны могут дышать и хвостом. Не зря эта рыбка часто лежит на прибрежном песке, окунув хвост в воду.

В.Сабунаев, "Занимательная ихтиология"

Рыб можно встретить в болотах, озерах, морях и реках всех географических поясов планеты. Всю свою жизнь они проводят под водой, не испытывая при этом никаких трудностей с дыханием. У большинства из них нет необходимости всплывать на поверхность, чтобы заглотнуть очередную порцию воздуха. Чем дышат рыбы? Какие механизмы помогают им выживать в водной среде? О внутреннем строении рыб и природных хитростях этих водных животных мы и поговорим в нашей статье.

Потребность в кислороде

В водной среде рыбы являются преобладающей группой животных. В реках и океанах они проходят все стадии их биологического развития - от икринки до взрослой особи. При этом лишь немногие виды могут время от времени выныривать и вдыхать атмосферный воздух, большинство же приспособилось жить без него.

Но чем дышат рыбы, будучи постоянно в воде? Как и другим позвоночным, для нормальной жизнедеятельности им необходим кислород. Его они «добывают» не из воздуха, а прямо из воды, буквально фильтруя ее. Чтобы получить достаточное количество газа, им приходится «перерабатывать» огромное количество жидкости.

Содержание кислорода в водоеме крайне важно для их нормального функционирования, а недостаток вызывает у животных кислородное голодание и смерть. Однако нормы концентрации газа у каждого вида свои. Например, линь и сазан живут в стоячих водоемах и способны выживать даже при слабом присутствии кислорода (от 4 см 3 /л до 0,5 см 3 /л). Форель, лосось, судак, наоборот, очень требовательны. Они нуждаются в концентрации газа больше 7 см 3 /л.

Восприятие рыб изменяется с их возрастом, с переходом от сезона к сезону, а также в зависимости от их активности. Так, чем моложе и подвижнее особь, тем больше она нуждается в кислороде. Потребности сильно возрастают перед нерестом, когда рыбе необходимо много сил и энергии. В жару и при зимнем замерзании водоема возникает недостаток кислорода, отчего животные испытывают трудности с дыханием.

Чем дышат рыбы? Приспособления для газообмена

Точно так же, как и у нас, газообмен у рыб осуществляется при помощи кровеносной системы. Для этого у большинства из них существует всего один круг кровообращения и двухкамерное сердце, у двоякодышащих видов таких кругов два. К сердцу кислород поступает по сосудам, а к ним попадает через жабры, которые и отфильтровывают газ из воды.

Дыхательная система рыб, по сути, эффективнее человеческой. Она способна фильтровать из воды в два-три раза больше кислорода, чем легкие отделяют из атмосферы. В основном рыбы дышат жабрами, но иногда их работы недостаточно или условия не позволяют их нормально использовать. В таком случае к ним подключаются другие специальные органы.

Дополнительных или альтернативных способов дыхания у рыб довольно много. Абсолютно все виды помогают себе, частично осуществляя газообмен через кожные покровы. Некоторые также используют плавательный пузырь, другие - кишечник или слепой отросток в желудке. Некоторые виды приспособились к дыханию воздухом атмосферы, для этого они используют лабиринтовые или наджаберные органы.

Внутреннее строение рыб: как устроены жабры

Дыхание рыб начинается с заглатывания воды ртом. В глотке у них расположен жаберный аппарат, в котором и происходит дальнейший процесс. Аппарат состоит из жаберных дуг, расположенных по бокам животного. Их поддерживают жаберные лепестки и тычинки. Снаружи у костистых рыб дуги покрыты крышками.

Жабры у рыб соединены с многочисленными кровеносными сосудами. Попадая в глотку, вода проходит через жаберные дуги, омывает лепестки и отдает кислород прикрепленным к ним артериям. Обогащенная кровь направляется к сердцу и тканям, а оттуда возвращается в глотку, где отдает воде углекислый газ и выводит ее через жаберные щели наружу.

Двоякодышащие рыбы

Как было сказано выше, главным инструментом для газообмена являются жабры. Однако чем дышат рыбы, которых называют «двоякодышащими»? Эти животные сейчас представлены всего одним отрядом, который включает шесть видов. Обитают они возле Австралии, Африки и Южной Америки.

Из всех рыб именно они являются ближайшими родственниками четвероногих. Еще одна их особенность заключается в том, что кроме жабр, у них имеются упрощенные легкие. Такое приспособление позволяет им обитать в водоемах с очень маленьким количеством кислорода, а в случае необходимости получать его из атмосферного воздуха, выныривая на поверхность.

Лабиринтовые или ползуновидные рыбы

Лабиринтовые рыбы представляют отряд лучеперых. К ним относится много аквариумных видов, например ляпиус, гурами, сиамские петушки, макроподы, лябтозы и другие. В природе они обитают в пресных водах Африки и Азии.

Все они тоже умеют дышать воздухом. У них нет легких, но есть специальный орган в виде кармашка, состоящий из множества пластин. К его стенкам подходят капилляры, с которыми и происходит обмен газами. Лабиринтовый орган расположен над жабрами рыбы. Благодаря ему животные могут несколько дней существовать без воды. При этом «второе дыхание» не является удобным дополнением к жабрам. Не использовать лабиринтовый орган они не могут, поэтому вынуждены периодически выныривать из воды, иначе рискуют задохнуться.

Когда во время шестимесячной засухи озеро Чад в Африке уменьшает свою площадь почти на одну треть и обнажается илистое дно, местные жители отправляются на рыбалку, прихватывая с собой... мотыги. Они отыскивают на обсохшем дне холмики, напоминающие кротовины, и выкапывают из каждого глиняную капсулу с рыбой, сложившейся вдвое, подобно заколке для волос.

Рыба эта называется протоптерус (Protopterus ) и относится к подклассу1 двоякодышащих рыб (Dipnoi ). Помимо обычных для рыб жабр у представителей этой группы имеются еще и одно или два легких – видоизмененный плавательный пузырь, через оплетенные капиллярами стенки которого происходит газообмен. Атмосферный воздух для дыхания рыбы захватывают ртом, поднимаясь к поверхности. А в их предсердии присутствует неполная перегородка, продолжающаяся и в желудочке. Венозная кровь, поступающая от органов тела, попадает в правую половину предсердия и в правую половину желудочка, а кровь, поступающая из легкого, – в левую часть сердца. Потом насыщенная кислородом «легочная» кровь попадает в основном в те сосуды, которые ведут через жабры к голове и органам тела, а кровь из правой части сердца, также пройдя через жабры, в значительной степени попадает в сосуд, ведущий к легкому. И хотя бедная и богатая кислородом кровь частично смешиваются и в сердце, и в сосудах, все же можно говорить о зачатках у двоякодышащих рыб двух кругов кровообращения.

Двоякодышащие рыбы – очень древняя группа. Их остатки находят в отложениях девонского периода палеозойской эры. В течение долгого времени двоякодышащие были известны только по таким окаменелым остаткам, и только в 1835 г. было установлено, что обитающий в Африке протоптер – двоякодышащая рыба. Всего же, как оказалось, до наших дней дожили представители шести видов этой группы: австралийский рогозуб из отряда однолегочных, американский чешуйчатник – представитель отряда двулегочных и четыре вида африканского рода Protopterus , также из отряда двулегочных. Все они, как, видимо, и их предки, пресноводные рыбы.

Австралийский рогозуб (Neoceratodus forsteri ) встречается на очень небольшой территории – в бассейнах рек Бернетт и Мэри на cеверо-востоке Австралии. Это крупная рыба с длиной тела до 175 см и массой свыше 10 кг. Массивное тело рогозуба сжато с боков и покрыто очень крупной чешуей, а мясистые парные плавники напоминают ласты. Окрашен рогозуб в однообразные тона – от рыжевато-коричневого до голубовато-серого, брюхо светлое.

Живет эта рыба в реках с медленным течением, сильно заросших водной и надводной растительностью. Каждые 40 – 50 мин рогозуб всплывает и с шумом выдыхает воздух из легкого, издавая при этом характерный стонуще-хрюкающий звук, который разносится далеко по окрестностям. Сделав вдох, рыба снова опускается на дно.

Большую часть времени рогозуб проводит на дне глубоких омутов, где лежит на брюхе или стоит, опираясь на свои ластоподобные плавники и хвост. В поисках пищи – различных беспозвоночных – он медленно ползает, а подчас и «ходит», опираясь на те же парные плавники. Плавает медленно, и только будучи вспугнутым, пускает в ход свой мощный хвост и выказывает способность к быстрому движению.

Период засухи, когда реки мелеют, рогозуб переживает в сохранившихся ямах с водой. Когда в перегретой стоячей и практически лишенной кислорода воде гибнет рыба, а сама вода в результате гнилостных процессов превращается в зловонную жижу, рогозуб благодаря своему легочному дыханию остается живым. Но если вода высыхает полностью, эти рыбы все же погибают, так как в отличие от своих африканских и южноамериканского сородичей не могут впадать в спячку.

Нерест рогозуба приходится на период дождей, когда реки вздуваются и вода в них хорошо аэрируется. Крупные, до 6–7 мм в диаметре, икринки рыба откладывает на водные растения. Через 10–12 дней вылупляются личинки, которые до рассасывания желточного мешка лежат на дне, лишь изредка перемещаясь на короткое расстояние. На 14-й день после вылупления у мальков появляются грудные плавники, и с этого же времени, вероятно, начинает функционировать легкое.

Рогозуб имеет вкусное мясо, а ловить его очень просто. В результате численность этих рыб сильно сократилась. Сейчас рогозубы находятся под охраной и предпринимаются попытки акклиматизации их в других водоемах Австралии.

С рогозубом связана история одной из самых известных зоологических мистификаций. В августе 1872 г. директор Брисбейнского музея совершал поездку по северо-восточной Австралии, и однажды ему сообщили, что в его честь приготовили завтрак, для которого туземцы доставили очень редкую рыбу, пойманную ими в 8–10 милях от места пиршества. И действительно, директор увидел рыбу очень странного облика: длинное массивное тело было покрыто чешуей, плавники походили на ласты, а рыло напоминало утиный клюв. Ученый сделал рисунки этого необычного существа, а после возвращения передал их Ф. Де Кастельнау, ведущему австралийскому ихтиологу. Кастельнау не замедлил описать по этим рисункам новый род и вид рыб – Ompax spatuloides . Последовала довольно бурная дискуссия о родственных связях нового вида и о его месте в классификационной системе. Оснований для споров было много, так как в описании Ompax многое оставалось неясным и совсем отсутствовали сведения по анатомии. Попытки добыть новый экземпляр оказались безрезультатными. Нашлись скептики, которые высказывали сомнения в существовании этого животного. Тем не менее таинственный Ompax spatuloides без малого в течение 60 лет продолжал упоминаться во всех справочниках и сводках по австралийской фауне. Загадка разрешилась неожиданно. В 1930 г. в «Сиднейском бюллетене» появилась заметка, автор которой пожелал остаться неизвестным. В этой заметке сообщалось, что с простодушным директором Брисбейнского музея сыграли невинную шутку, так как поданный ему «Ompax» был приготовлен из хвостовой части угря, туловища кефали, головы и грудных плавников рогозуба и рыла утконоса. Сверху все это хитроумное гастрономическое сооружение было искусно покрыто чешуей того же рогозуба...

Африканские двоякодышащие – протоптеры – имеют нитевидные парные плавники. Самой крупный из четырех видов – большой протоптер (Protopterus aethiopicus ) может достигать в длину более 1,5 м, а обычная длина малого протоптера (P.amphibius ) – около 30 см.

Плавают эти рыбы, змееобразно изгибая тело наподобие угрей. А по дну c помощью своих нитевидных плавников они передвигаются как тритоны. В коже этих плавников имеются многочисленные вкусовые почки – как только плавник касается съедобного предмета, рыба разворачивается и хватает добычу. По временам протоптеры поднимаются на поверхность, заглатывая через ноздри2 атмосферный воздух.

Протоптеры живут в Центральной Африке, в озерах и реках, протекающих по болотистой местности, подверженной ежегодным затоплениям и подсыхающей в сухой сезон. При пересыхании водоема, когда уровень воды снижается до 5–10 см, протоптеры начинают рыть норы. Рыба захватывает грунт ртом, измельчает и выбрасывает наружу через жаберные щели. Выкопав вертикальный вход, протоптер делает в его конце камеру, в которой и размещается, перегнув тело и выставив кверху голову. Пока вода еще не высохла, рыба время от времени поднимается, чтобы глотнуть воздуха. Когда пленка усыхающей воды доходит до верхней кромки жидкого ила, выстилающего дно водоема, часть этого ила засасывается в нору и закупоривает выход. После этого протоптер уже не показывается на поверхности. До того как пробка окончательно просохнет, рыба, тычась в нее рылом, уплотняет ее снизу и несколько приподнимает в виде колпачка. При высыхании такой колпачок становится пористым и пропускает достаточное количество воздуха для того, чтобы поддержать жизнь спящей рыбы. Как только колпачок затвердевает, вода в норе становится вязкой от обилия слизи, выделяемой протоптером. По мере подсыхания грунта уровень воды в норе падает, и в конце концов вертикальный ход превращается в воздушную камеру, а перегнувшаяся пополам рыба замирает в нижней, расширенной части норы. Вокруг нее образуется плотно прилегающий к коже слизистый кокон, в верхней части которого имеется тонкий ход, по которому воздух проникает к голове. В таком состоянии протоптер и ожидает следующего периода дождей, который наступает через 6–9 месяцев. В лабораторных условиях протоптеров держали в спячке свыше четырех лет, и по окончании опыта они благополучно проснулись.

Во время спячки у протоптеров резко снижается интенсивность обмена веществ, но тем не менее за 6 месяцев рыба теряет до 20% первоначальной массы. Поскольку энергия поставляется в организм за счет распада не жировых запасов, а главным образом мышечной ткани, в теле рыбы накапливаются продукты азотистого обмена. Во время активного периода они выводятся преимущественно в виде аммиака, но во время спячки аммиак преобразуется в менее токсичную мочевину, количество которой в тканях к концу спячки может составлять 1–2% массы рыбы. Механизмы, обеспечивающие устойчивость организма к таким высоким концентрациям мочевины, еще не выяснены.

При заполнении водоемов с началом периода дождей грунт постепенно размокает, вода заполняет воздушную камеру, и протоптер, прорвав кокон, начинает периодически высовывать голову и вдыхать атмосферный воздух. Когда вода покрывает дно водоема, протоптер покидает нору. Вскоре мочевина выводится из его организма через жабры и почки.

Через месяц-полтора после выхода из спячки у протоптеров начинается размножение. При этом самец роет на дне водоема, среди зарослей растительности, особую нерестовую нору и заманивает туда одну или нескольких самок, каждая из которых откладывает до 5 тыс. икринок диаметром 3–4 мм. Через 7–9 дней появляются личинки, имеющие большой желточный мешок и 4 пары перистых наружных жабр. При помощи специальной цементной железы личинки прикрепляются к стенкам гнездовой норы.

Через 3–4 недели желточный мешок полностью рассасывается, мальки начинают активно питаться и покидают нору. При этом они теряют одну пару наружных жабр, а оставшиеся две или три пары могут сохраняться еще в течение многих месяцев. У малого протоптера три пары наружных жабр сохраняются до тех пор, пока рыба не достигнет размеров взрослой особи.

Покинув нерестовую нору, мальки протоптера в течение некоторого времени плавают только рядом с ней, скрываясь туда при малейшей опасности. Все это время самец находится около гнезда и активно защищает его, бросаясь даже на приблизившегося человека.

Протоптер темный (P. dolloi ), встречающийся в бассейнах рек Конго и Огове, обитает в болотистых местностях, где слой подземной воды сохраняется и во время сухого сезона. Когда поверхностные воды летом начинают убывать, эта рыба, как и ее сородичи, зарывается в придонную грязь, но докапывается до слоя жидкого ила и подземной воды. Устроившись там, протоптер темный проводит сухой сезон, не создавая кокона и поднимаясь время от времени вверх, чтобы подышать свежим воздухом.

Начинается нора темного протоптера наклонным ходом, расширенная часть которого служит рыбе и нерестовой камерой. По рассказам местных рыбаков, такие норы, если их не разрушают паводки, служат рыбе от пяти до десяти лет. Подготавливая нору к нересту, самец год от года наращивает вокруг нее грязевой холмик, который в итоге достигает 0,5–1 м высоты.

Протоптеры привлекли к себе внимание ученых, занимающихся созданием снотворных препаратов. Английские и шведские биохимики попытались выделить «снотворные» вещества из организма животных, впадающих в спячку, в том числе и из организма протоптера. Когда экстракт из мозга уснувших рыб вводили в кровеносную систему лабораторных крыс, температура их тела начинала быстро падать, и они засыпали так быстро, словно падали в обморок. Сон продолжался 18 ч. Когда крысы просыпались, никаких признаков того, что они находились в искусственном сне, у них обнаружить не удалось. Экстракт, полученный из мозга бодрствующих протоптеров, не вызывал у крыс никаких последствий.

Американский чешуйчатник (Lepidosiren paradoxa ), или лепидосирен, – представитель двоякодышащих, обитающий в бассейне Амазонки. Длина тела этой рыбы достигает 1,2 м. Парные плавники короткие. Живут лепидосирены преимущественно во временных водоемах, заливаемых водой в период дождей и разливов, и питаются разнообразной животной пищей, преимущественно моллюсками. Может быть, поедают они и растения.

Когда водоем начинает пересыхать, лепидосирен роет на дне нору, в которой устраивается так же, как и протоптеры, и забивает вход пробкой из грунта. Кокон у этой рыбы не образуется – тело спящего лепидосирена окружено слизью, увлажненной грунтовыми водами. В отличие от протоптеров, основой энергетического обмена в период спячки у чешуйчатника служат запасы накопленного жира.

Через 2–3 недели после нового затопления водоема лепидосирены приступают к размножению. Самец роет вертикальную нору, иногда горизонтально загибающуюся к концу. Некоторые норы достигают 1,5 м длины и 15–20 см ширины. В конец норы рыба затаскивает листья и траву, на которые самка выметывает икринки диаметром 6–7 мм. Самец остается в норе, охраняя икру и вылупившуюся молодь. Слизь, выделяемая его кожей, обладает коагулирующим действием и очищает воду в норе от мути. Кроме того, в это время на его брюшных плавниках развиваются обильно снабженные капиллярами ветвящиеся кожные выросты длиной 5–8 см. Одни ихтиологи считают, что в период заботы о потомстве лепидосирен не использует легочного дыхания и эти выросты служат ему дополнительными наружными жабрами. Существует и противоположная точка зрения – поднявшись к поверхности и глотнув свежего воздуха, самец лепидосирена возвращается в нору и через капилляры на выростах отдает часть кислорода в воду, в которой развиваются икра и личинки. Как бы там ни было, после периода размножения эти выросты рассасываются.

Вылупившиеся из икринок личинки имеют 4 пары сильно ветвящихся наружных жабр и цементную железу, при помощи которой прикрепляются к стенкам гнезда. Примерно через полтора месяца после вылупления, когда мальки достигают длины 4–5 см, они начинают дышать с помощью легких, а наружные жабры рассасываются. В это время мальки лепидосирена оставляют нору.

Местное население ценит вкусное мясо лепидосерена и интенсивно истребляет этих рыб.

Литература

Жизнь животных. Том 4, часть 1. Рыбы. – М.: Просвещение, 1971.
Наука и жизнь; 1973, №1; 1977, №8.
Наумов Н.П., Карташев Н.Н. Зоология позвоночных. Ч. 1. Низшие хордовые, бесчелюстные, рыбы, земноводные: Учебник для биолог. спец. ун-тов. – М.: Высшая школа, 1979.

Т.Н. Петрина

1 По другим представлениям двоякодышащие (Dipneustomorpha ) – надотряд в подклассе лопастеперых (Sarcopterygii ).
2 У большинства рыб ноздри слепозамкнуты, но у двоякодышащих они соединяются с ротовой полостью.