
在我们的知识中,鱼不能脱离 水太久,一旦脱离 水它们可能在很短时间里就会殒命 。可是 有几种鱼却拥有“特异功效”。
好比,被“晒干”,体表干枯到鱼鳍可以被轻松折断的清道夫,在遇到水后神奇“复生”;攀鲈在离水后,还能急速爬行;一些鲤鱼被放入冰箱冷藏半小时,之后回到水中还能游动;肺鱼甚至能在土里存活很长时间。
图片泉源 :Youtuber ET Fishing
这些鱼的“特异功效”着实 和它们特殊的呼吸方式有关。
水中氧气少,鱼儿怎样 游得自在?
鳃是鱼类最主要的呼吸器官,是专门顺应 水中呼吸的结构。大部门鱼类主要依赖 鳃来呼吸,也有少数几种鱼类较量 特殊,如成年的肺鱼,鳃部退化不足以提供心理 所需的氧气,以是 需要经常探出水面用肺来获取氧气。
在水中,鱼的呼吸是由口、口咽腔和鳃盖的协同运动来完成。呼吸历程中,鱼嘴张开,水流进入口咽腔,此时鳃盖闭合,水流经鱼鳃,完成气体交流。
鱼类通过鱼鳃呼吸历程示意图泉源 :kuensting网站Anaxibia创作,作者汉化
但水体中的氧气含量是远远低于大气的,只有5-7mg/L,为了从这种低氧情形 中获得氧气,鱼鳃往往具有很是特殊的结构。
从图中可以看到,垂直于鳃弓整齐排列的梳齿状或者板条状突起被称为鳃丝,鳃丝由薄片状小囊袋组织结构一片一片细密 排列而成,这些结构被称为鳃小片。鳃小片是鱼鳃最基本的结构和功效单元。鳃丝排列于鳃弓之上,组成鳃片,每个鳃弓之上有两片鳃片。
鱼类通常都具有多对鳃弓,这样的心理 结构使鱼鳃的有用 呼吸面积成几何级数增添 ,在组织结构上确保了有用 呼吸面积,让鱼类能够有用 顺应 水体中的低氧情形 。
鳃小片仅由单层上皮细胞组成,因此鱼类出水之后鳃小片会粘连在一起并迅速失去功效,造成鱼鳃外貌干枯板结,鱼也会窒息而亡,因此大多数鱼类不适合离水生涯 。
为了应对水体的低氧情形 ,鱼鳃的血管漫衍样式也有考究。血管的漫衍使鱼在呼吸时血流的偏向与水流偏向相反,这样能进一步提升气体交流效率。
鱼鳃结构及气血交流示意图泉源 :kuensting网站Anaxibia创作,作者改动并汉化
即便都是用腮呼吸,差异鱼类之间的呼吸方式照旧会有一些差异。软骨鱼类如银鲛、鳐和鲨鱼等并不像我们常见的硬骨鱼类一样具有鳃盖,它们鳃的启齿 叫做鳃裂。鲨鱼的鳃裂并不能自动 开合,因此需要通过维持水流与鳃的相对运动来维持呼吸,这也是我们见到的鲸鲨总是张大嘴巴的缘故原由 之一。此外某些硬骨鱼类在高速游泳时也会保持嘴巴张开的状态,如金枪鱼。
鳃上器官和皮肤——辅助呼吸的能手
除了用腮呼吸,有些鱼还进化出了许多辅助呼吸的方式,鳃上器官和皮肤是其中较为常见的两种。
鳃上呼吸器官是由鳃弓的咽腮骨、上腮骨及其周围的组织特化而来,是一种既可以在水中又可以在空气中呼吸的辅助呼吸器官。常见于斗鱼、胡子鲶、乌鳢和攀鲈。差异种类的鱼类鳃上器官形态各异,斗鱼鳃上器官泛起伞菌状,胡子鲶泛起珊瑚状,乌鳢与攀鲈划分泛起木耳状和花朵状[1]。
A为乌鳢的鳃上器官 泉源 :Michigan Science Art。B为攀鲈的鳃上器官及示意图泉源 :CCTV7、参考文献1
具有鳃上器官的鱼类有短暂离水生涯 的能力,在离水之后只要保持呼吸器外貌湿润就可以呼吸。但在恒久离水后,仍会由于缺乏食物而殒命 。
前面所提到的能够在地表爬行的鱼,就是借助鳃上器官辅助呼吸并“走”上陆地的。如乌鳢和攀鲈,乌鳢可以在陆地上依赖 强壮 的腹鳍举行 短距离移动,通常是“蛇形”游动。攀鲈离水生涯 能力越发强悍,通常呈顿挫式前进,头部摆动幅度较大。能够在滋生 季节依赖 鳃盖后缘的尖刺而且配合臀鳍在陆地上移动一公里左右。
皮肤是鱼类最常见的辅助呼吸器官,鳗鲡、黄鳝、弹涂鱼、鲶鱼、鲤和鲫等多种鱼类的皮肤充满血管,可以举行 气体交流。这种方式在其它动物中也很常见,蚯蚓、无肺螈科以及田鸡 等两栖动物都可以使用皮肤来呼吸。鱼类用皮肤呼吸的能力于1904年被Krogh发现,之后被普遍 地证实。
可以依赖 皮肤举行 辅助呼吸的鱼类在皮肤的真皮层处有着富厚的毛细血管,在某些鳃部退化的鱼类中体现得尤为显着 ,如黄鳝。空气扩散距离和毛细血管密度影响着鱼类使用皮肤呼吸的效率,因此使用皮肤辅助呼吸的鱼类通常没有鳞片或者鳞片很小,这样的心理 结构有利于氧气到达真皮层。
1994年日本科学家研究了冷藏状态下的鲤鱼[2],发现鲤鱼在低温空气中借助皮肤来呼吸,在三小时内可以维持100%存活率。这项研究现在 经常被冰箱厂商使用 ,以此来体现其产物的保鲜能力,现实 上这并不能证实 冰箱保鲜能力有多强,只不外是鲤鱼的皮肤也能呼吸,因而鲤鱼在被短暂冷藏后再放入常温水中依然可以游动。
一种名叫Synbranchus marmoratus的合鳃科鱼类的皮肤显微结构,图A显示的是皮肤完整切片,可以看到表皮和真皮的显着 区别,图B和图C为表皮下层和真皮的显微结构,可见该区域富含粘液细胞、富线粒体细胞。泉源 :维基百科、参考文献[3]
其他神奇的辅助呼吸方式
除了上述常见的鳃呼吸、皮肤辅助呼吸外,一些鱼还进化出了其他神奇的呼吸方式。
部门鱼种的口咽腔黏膜可以资助它们从空气中获取氧气。这些鱼类的口咽腔黏膜外貌充满了毛细血管,甚至有许多乳突。最着名 的鱼种是黄鳝和电鳗。电鳗口咽腔黏膜外貌有富厚的乳突,血管麋集 漫衍,因此有用 呼吸面积十分重大 ,电鳗经常会把头伸入到空气中,这种要领约莫可以资助电鳗获取所需氧气的80%[3]。除此之外,电鳗的鳃耙也具有呼吸能力。
电鳗的口咽腔以及呼吸历程示意图泉源 :anspblog.org、参考文献[4]
某些鱼种可以用食道、肠道或者胃来从空气中获取氧气,这几种方式统称为肠气呼吸。鳚科鱼类会借助食道辅助呼吸,而肠道呼吸型最常见的案例是泥鳅。鳅科鱼类可以在高温季节阻止 进食,此时肠上皮细胞由柱状转换为扁平状,肠道进入呼吸期。一旦水温下降,该历程会逆转,泥鳅重新摄食,肠道恢复消化吸收功效。
胃呼吸型最常见的案例是俗称清道夫的下口鲶。对清道夫胃部组织的研究批注 ,清道夫胃部壁薄且透明,扁平且无褶皱,胃壁有富厚的毛细血管,这种结构使得清道夫可以用胃来呼吸[4]。网络中晒干后浇水就能重新“活”起来的鱼,就是清道夫。
鲶形目的囊鳃鱼具有一对蓬勃 的气囊,起始于第二、三鳃弓的鳃腔后壁,穿过脊椎周围 的肌肉直达尾部,囊口有一叶状瓣膜,内壁充满了富厚的血管,因此它可以在陆地上生涯 一段时间。
印度囊鳃鲶的气囊 图片泉源 :参考文献[5]
此外,多瑙河中的荫鱼,由于鱼鳔鳔壁漫衍着富厚的微血管网,因此能够吸收 空气中的氧气。而肺鱼、雀鳝和弓鳍鱼的鱼鳔已经特化为气呼吸器官,多数肺鱼种类的鳃已经退化,经鳃摄取的氧气并不足以知足 肺鱼的氧气需求,以是 肺鱼需要经常探头到空气中来呼吸。在干旱季节,肺鱼会在泥沼中一直 翻腾建设一个卵圆形的巢穴,巢穴顶端有一个小孔供空气进入。肺鱼皮肤渗透 的粘液可以与泥浆混淆在一起形成一个茧状的泥壳,肺鱼在泥壳中夏眠,期待下一个雨季,期待的时间可长达3年。当雨季来临的时间 ,泥壳就会消融 ,肺鱼即可自由运动。
鱼类占有 已命名的脊椎动物一半以上,是四足动物的祖先,有科学家推测人类的耳前瘘管是鱼鳃进化残留[5]。研究鱼的呼吸能力不仅能资助我们搞懂种种鱼类猎奇视频的原理,也有助于人们加深对生物进化的明确 。(五莲花开)
参考文献:
1.MUNSHI, J. S. D. (1968). The accessory respiratory organs of Anabas testudineus (Bloch) (Anabantidae, Pisces). Proceedings of the Linnean Society of London, 179(1), 107–126. doi:10.1111/j.1095-8312.1968.tb01106.x
2.Nakamura, K. (1994). Air Breathing Abilities of the Common Carp. Fisheries Science, 60(3), 271–274. doi:10.2331/fishsci.60.271
3.Graham, Jeffrey B (1997). Air-breathing fishes : evolution, diversity, and adaptation. Academic Press, San Diego (p. 127)
4.Johansen, K., Lenfant, C., Schmidt-Nielsen, K. et al. Gas exchange and control of breathing in the electric eel, Electrophorus electricus . Z. vergl. Physiologie 61, 137–163 (1968). doi.org/10.1007/BF00341112
5.Munshi, J. S. D. (1961). X.—On The Accessory Respiratory Organs of Heteropneustes fossilis Bloch. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh. Section B. Biology, 68(02), 128–146. doi:10.1017/s0080455x00000977
6.Podkowa, D., Goniakowska-Witali?ska, L. (2003). Morphology of the air-breathing stomach of the catfishHypostomus plecostomus. Journal of Morphology, 257(2), 147–163. doi:10.1002/jmor.10102
7.https://www.businessinsider.com/preauricular-sinus-small-hole-above-ear-2016-11?r=UK
8.https://hummingdinosaur.wordpress.com/2013/06/14/the-ancient-fish-dragons-of-africa/
9.http://physiologizing.blogspot.com/2014/02/the-missing-link-in-respiration-lungfish_14.html

