鱼在水里怎么呼吸推荐文章1:离开水也能存活的鱼,它们是这样呼吸的

  出品:科普中国


  制作:五莲花开


  监制:中国科学院计算机网络信息中心


  

  在我们的常识中,鱼不能离开水太久,一旦离开水它们可能在很短时间里就会死亡。但是有几种鱼却拥有“特异功能”。


  比如,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“复活”;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:Youtuber ET Fishing


  这些鱼的“特异功能”其实和它们特殊的呼吸方式有关。


  

水中氧气少,鱼儿如何游得自在?

  鳃是鱼类最主要的呼吸器官,是专门适应水中呼吸的构造。大部分鱼类主要依靠鳃来呼吸,也有少数几种鱼类比较特殊,如成年的肺鱼,鳃部退化不足以提供生理所需的氧气,所以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。呼吸过程中,鱼嘴张开,水流进入口咽腔,此时鳃盖闭合,水流经鱼鳃,完成气体交换。


  △鱼类通过鱼鳃呼吸过程示意图 :kuensting网站Anaxibia创作,汉化


  但水体中的氧气含量是远远低于大气的,只有5-7mg/L,为了从这种低氧环境中获得氧气,鱼鳃往往具有非常特殊的结构。


  △鱼鳃及其显微结构 :fws.gov 改动


  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紧密排列而成,这些结构被称为鳃小片。鳃小片是鱼鳃最基本的结构和功能单位。鳃丝排列于鳃弓之上,构成鳃片,每个鳃弓之上有两片鳃片。


  鱼类通常都具有多对鳃弓,这样的生理结构使鱼鳃的有效呼吸面积成几何级数增加,在组织结构上确保了有效呼吸面积,让鱼类能够有效适应水体中的低氧环境。


  鳃小片仅由单层上皮细胞构成,因此鱼类出水之后鳃小片会粘连在一起并迅速失去功能,造成鱼鳃表面干涸板结,鱼也会窒息而亡,因此大多数鱼类不适合离水生活。


  为了应对水体的低氧环境,鱼鳃的血管分布样式也有讲究。血管的分布使鱼在呼吸时血流的方向与水流方向相反,这样能进一步提升气体交换效率。


  △鱼鳃结构及气血交换示意图 :kuensting网站Anaxibia创作,改动并汉化


  即便都是用腮呼吸,不同鱼类之间的呼吸方式还是会有一些差异。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,它们鳃的开口叫做鳃裂。鲨鱼的鳃裂并不能主动开合,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原因之一。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——辅助呼吸的好手

  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。不同种类的鱼类鳃上器官形态各异,斗鱼鳃上器官呈现伞菌状,胡子鲶呈现珊瑚状,乌鳢与攀鲈分别呈现木耳状和花朵状[1]。


  △A为乌鳢的鳃上器官 :Michigan Science Art。B为攀鲈的鳃上器官及示意图 :CCTV7、参考文献1


  具有鳃上器官的鱼类有短暂离水生活的能力,在离水之后只要保持呼吸器表面湿润就可以呼吸。但在长期离水后,仍会由于缺乏食物而死亡。


  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靠强健的腹鳍进行短距离移动,通常是“蛇形”游动。攀鲈离水生活能力更加强悍,通常呈顿挫式前进,头部摆动幅度较大。能够在繁殖季节依靠鳃盖后缘的尖刺并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布满血管,可以进行气体交换。这种方式在其它动物中也很常见,蚯蚓、无肺螈科以及青蛙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,之后被广泛地证实。


  可以依靠皮肤进行辅助呼吸的鱼类在皮肤的真皮层处有着丰富的毛细血管,在某些鳃部退化的鱼类中表现得尤为明显,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,这样的生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。这项研究如今经常被冰箱厂商利用,以此来表现其产品的保鲜能力,实际上这并不能证明冰箱保鲜能力有多强,只不过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明显区别,图B和图C为表皮基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。: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。


  部分鱼种的口咽腔黏膜可以帮助它们从空气中获取氧气。这些鱼类的口咽腔黏膜表面充满了毛细血管,甚至有很多乳突。最知名的鱼种是黄鳝和电鳗。电鳗口咽腔黏膜表面有丰富的乳突,血管密集分布,因此有效呼吸面积十分巨大,电鳗经常会把头伸入到空气中,这种方法大约可以帮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过程示意图 :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停止进食,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,该过程会逆转,泥鳅重新摄食,肠道恢复消化吸收功能。


  △使用胃部进行肠气呼吸的鱼类 :参考文献[3][6]


  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表明,清道夫胃部壁薄且透明,扁平且无褶皱,胃壁有丰富的毛细血管,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发达的气囊,起始于第二、三鳃弓的鳃腔后壁,穿过脊椎附近的肌肉直达尾部,囊口有一叶状瓣膜,内壁充满了丰富的血管,因此它可以在陆地上生活一段时间。


  △印度囊鳃鲶的气囊 图片:参考文献[5]


  此外,多瑙河中的荫鱼,由于鱼鳔鳔壁分布着丰富的微血管网,因此能够吸取空气中的氧气。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满足肺鱼的氧气需求,所以肺鱼需要经常探头到空气中来呼吸。在干旱季节,肺鱼会在泥沼中不断翻滚建立一个卵圆形的巢穴,巢穴顶端有一个小孔供空气进入。肺鱼皮肤分泌的粘液可以与泥浆混合在一起形成一个茧状的泥壳,肺鱼在泥壳中夏眠,等待下一个雨季,等待的时间可长达3年。当雨季来临的时候,泥壳就会溶解,肺鱼即可自由运动。


  △塞内加尔多鳍鱼的解剖图及呼吸过程示意图 :参考文献[8][9]


  鱼类占据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帮助我们搞懂各种鱼类猎奇视频的原理,也有助于人们加深对生物进化的理解。


  

  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


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  鱼在水里怎么呼吸推荐文章2:离开水也能存活的鱼,它们是这样呼吸的

  在我们的常识中,鱼不能离开水太久,一旦离开水它们可能在很短时间里就会死亡。但是有几种鱼却拥有“特异功能”。


  比如,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“复活”;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:Youtuber ET Fishing


  这些鱼的“特异功能”其实和它们特殊的呼吸方式有关。


  水中氧气少,鱼儿如何游得自在?


  鳃是鱼类最主要的呼吸器官,是专门适应水中呼吸的构造。大部分鱼类主要依靠鳃来呼吸,也有少数几种鱼类比较特殊,如成年的肺鱼,鳃部退化不足以提供生理所需的氧气,所以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。呼吸过程中,鱼嘴张开,水流进入口咽腔,此时鳃盖闭合,水流经鱼鳃,完成气体交换。


  鱼类通过鱼鳃呼吸过程示意图:kuensting网站Anaxibia创作,汉化


  但水体中的氧气含量是远远低于大气的,只有5-7mg/L,为了从这种低氧环境中获得氧气,鱼鳃往往具有非常特殊的结构。


  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紧密排列而成,这些结构被称为鳃小片。鳃小片是鱼鳃最基本的结构和功能单位。鳃丝排列于鳃弓之上,构成鳃片,每个鳃弓之上有两片鳃片。


  鱼类通常都具有多对鳃弓,这样的生理结构使鱼鳃的有效呼吸面积成几何级数增加,在组织结构上确保了有效呼吸面积,让鱼类能够有效适应水体中的低氧环境。


  鳃小片仅由单层上皮细胞构成,因此鱼类出水之后鳃小片会粘连在一起并迅速失去功能,造成鱼鳃表面干涸板结,鱼也会窒息而亡,因此大多数鱼类不适合离水生活。


  为了应对水体的低氧环境,鱼鳃的血管分布样式也有讲究。血管的分布使鱼在呼吸时血流的方向与水流方向相反,这样能进一步提升气体交换效率。


  鱼鳃结构及气血交换示意图:kuensting网站Anaxibia创作,改动并汉化


  即便都是用腮呼吸,不同鱼类之间的呼吸方式还是会有一些差异。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,它们鳃的开口叫做鳃裂。鲨鱼的鳃裂并不能主动开合,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原因之一。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——辅助呼吸的好手


  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。不同种类的鱼类鳃上器官形态各异,斗鱼鳃上器官呈现伞菌状,胡子鲶呈现珊瑚状,乌鳢与攀鲈分别呈现木耳状和花朵状[1]。


  A为乌鳢的鳃上器官 :Michigan Science Art。B为攀鲈的鳃上器官及示意图:CCTV7、参考文献1


  具有鳃上器官的鱼类有短暂离水生活的能力,在离水之后只要保持呼吸器表面湿润就可以呼吸。但在长期离水后,仍会由于缺乏食物而死亡。


  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靠强健的腹鳍进行短距离移动,通常是“蛇形”游动。攀鲈离水生活能力更加强悍,通常呈顿挫式前进,头部摆动幅度较大。能够在繁殖季节依靠鳃盖后缘的尖刺并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布满血管,可以进行气体交换。这种方式在其它动物中也很常见,蚯蚓、无肺螈科以及青蛙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,之后被广泛地证实。


  可以依靠皮肤进行辅助呼吸的鱼类在皮肤的真皮层处有着丰富的毛细血管,在某些鳃部退化的鱼类中表现得尤为明显,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,这样的生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。这项研究如今经常被冰箱厂商利用,以此来表现其产品的保鲜能力,实际上这并不能证明冰箱保鲜能力有多强,只不过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明显区别,图B和图C为表皮基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。: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。


  部分鱼种的口咽腔黏膜可以帮助它们从空气中获取氧气。这些鱼类的口咽腔黏膜表面充满了毛细血管,甚至有很多乳突。最知名的鱼种是黄鳝和电鳗。电鳗口咽腔黏膜表面有丰富的乳突,血管密集分布,因此有效呼吸面积十分巨大,电鳗经常会把头伸入到空气中,这种方法大约可以帮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过程示意图: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停止进食,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,该过程会逆转,泥鳅重新摄食,肠道恢复消化吸收功能。


  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表明,清道夫胃部壁薄且透明,扁平且无褶皱,胃壁有丰富的毛细血管,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发达的气囊,起始于第二、三鳃弓的鳃腔后壁,穿过脊椎附近的肌肉直达尾部,囊口有一叶状瓣膜,内壁充满了丰富的血管,因此它可以在陆地上生活一段时间。


  印度囊鳃鲶的气囊 图片:参考文献[5]


  此外,多瑙河中的荫鱼,由于鱼鳔鳔壁分布着丰富的微血管网,因此能够吸取空气中的氧气。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满足肺鱼的氧气需求,所以肺鱼需要经常探头到空气中来呼吸。在干旱季节,肺鱼会在泥沼中不断翻滚建立一个卵圆形的巢穴,巢穴顶端有一个小孔供空气进入。肺鱼皮肤分泌的粘液可以与泥浆混合在一起形成一个茧状的泥壳,肺鱼在泥壳中夏眠,等待下一个雨季,等待的时间可长达3年。当雨季来临的时候,泥壳就会溶解,肺鱼即可自由运动。


  鱼类占据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帮助我们搞懂各种鱼类猎奇视频的原理,也有助于人们加深对生物进化的理解。(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


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  鱼在水里怎么呼吸推荐文章3:鱼鳃呼吸的原理:鱼类只能吸取水里氧气,并且多数只能用鳃来呼吸

  #头条创作挑战赛#


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  鱼类可以在水中呼吸获取氧气,这是水中生物的基本技能,就和陆地生物需要用口鼻呼吸一样。但是,水中生物不能呼吸空气,陆上动物不能在水里生存,巧妙之处就在于呼吸器官不同,一个虽然有嘴却只能用鳃呼吸,一个没有鳃但能用口呼吸。在水中,鱼的呼吸是由口、口咽腔和鳃盖的协同运动来完成鳃的呼吸。因此,鳃是鱼类最基本、最起码、最重要的生理器官,缺它不可。


  一、鱼类呼吸与众不同


  大家都知道鱼有鳃,鱼在水中就是用鱼鳃在过滤水体时,依靠鳃丝吸纳水中溶解氧而像神一样的存在。鱼类作为水生动物,必然导致它的呼吸与众不同,鱼类的主要呼吸器官不是鼻孔与口嘴,而是头部两侧的鳃及鳃丝。另外,部分鱼的鳃上器、皮肤、肠、口咽腔黏膜具有辅助呼吸的功能,称为副呼吸器官。利用副呼吸器官的鱼类为数不多但也不常用,比如:皮肤呼吸(鳗鲡、弹涂鱼等)、肠管呼吸(泥鳅、黄鳝等)、鳃上器官呼吸(攀鲈、斗鱼、乌鱼等)及气囊呼吸(肺鱼等)等各种器官进行辅助呼吸,虽然有独特的不同呼吸方式。但它们还是仍忠情于在水里的自由呼吸。


  (鱼在不停的呼吸)


  (人在用鼻呼吸)


  说到鱼的呼吸,可以拿人的呼吸作一对比。空气中氧的含量是约20%,相当于一升空气中有200毫升氧。而与之相对应的水中氧含量小得多,一个标准大气压下,一升饱和的水中含氧量却只有10毫升左右。远远低于大气,人呼吸空气是回转式的,对空气中氧的利用率在24%左右。而水体中氧的含量低,鱼要呼吸到足够的氧,会采用呼入水体与排出水体呈现出直线的方法,且真骨鱼类的水流与血流方向还呈现出相反,加上鳃的各种增加表面积的方法,最后可达到能吸收水体中48-80%的溶解氧。


  (鱼鳃及鳃丝)


  二、鱼鳃的结构


  在鱼头部分,两侧分别有两块很大的鳃盖,鳃盖里面的空腔叫鳃腔。掀起鳃盖,可以看见有鳃丝。鱼鳃的结构有鳃片、鳃丝和鳃小片。鱼在水中游动时,鳃片、鳃丝、鳃小片完全张开,使鱼鳃与水的接触面扩大,以增加摄取水中氧气的机会。在咽喉两侧各有四个鳃,每个鳃又分成两排鳃片,每排鳃片由许多鳃丝排列组成,每根鳃丝的两侧又衍生出许多细小的鳃小片。


  水体中的氧气含量(溶解氧)平时只有5mg/L(毫克/升,下文同)左右,有时甚至低至3mg/L以下,为了从这种低氧环境中获得足够的氧气,鱼鳃往往具有非常特殊的结构。


  (鱼鳃及其显微结构。:fws.gov)


  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紧密排列而成,这些结构被称为鳃小片。鳃小片是鱼鳃最基本的结构和功能单位。鳃丝排列于鳃弓之上构成鳃片,每个鳃弓之上有两片鳃片。


  鳃位于鱼的口咽腔两侧,由鳃弓、鳃耙和鳃丝组成。鱼类通常都具有多对鳃弓,一般有5对鳃弓,内缘是鳃耙、外侧鳃片,鳃片由无数的鳃丝排列构成,这样的生理结构使鱼鳃的有效呼吸面积成几何级数增加,增大了气体交换膜的表面积,在组织结构上确保了有效呼吸面积,让鱼类能够有效适应水体中的低氧环境。据有人测试:一条10克重的鲫鱼,鳃全部张开后面积可达17平方厘米。


  (鱼鳃结构及气血交换示意图。:kuensting网站Anaxibia创作)


  鱼鳃的鳃弓主要起支撑作用,鳃弓的外缘的中央延伸的隔壁是鳃隔。鳃隔的前后面由表皮突形成鳃丝,无数的鳃丝紧密排列成栉状的鳃瓣。每一鳃丝都连接着血管(鱼鳃呈鲜红色就是这个缘故),鳃丝上有无数的小突起用来进行气体交换,叫做鳃小叶,上面还有毛细血管,表层为单层上皮细胞,血液最后流入结缔组织形成的窦状隙内,因此,血液与水之间仅隔两三层细胞。


  鱼鳃血管里的血流方向与水流方向相反,虽然这样能进一步提升气体对流交换效率,但会导致血液里面的氧气浓度低于在其旁边流动水中的氧气浓度,而二氧化碳的浓度则高于水中的浓度。


  三、鱼的主要呼吸方式:鳃呼吸


  鱼在水里张嘴,不懂的人认为是鱼在吃水,其实除了正在滤食、吞吃食物外,这个一张一闭的动作表示正在呼吸水里的溶解氧,因为鱼的呼吸必须由口、口咽腔和鳃盖的协同运动才能联合完成,才有"一张一闭"的外在表现。鱼鳃必须在水里才能彻底舒展开达到最大表面积,到了空气中,鳃丝会被粘液黏在一起,呼吸能力大大降低甚至呼吸不成。


  (鱼类通过鱼鳃呼吸过程示意图。:kuensting网站Anaxibia创作)


  在鳃小片中有丰富的微血管,表皮很薄,当血液流过这里时就完成了气体交换:将带来的二氧化碳透过鳃小片的薄壁送到(呼出)水中,同时,吸取水中的氧气(吸进)并随血液循环输送到鱼体各个机体部分去,如此"一进一出"演绎出了一个完美的生命循环。


  鳃小片上正因为有丰富的小血管,所以它是气体交换的主要场所,体内的血液和体外的水只隔着很薄的血管壁,水里的氧气就是从这里进入血管的。由于口部和鳃盖的交替开闭,可以使水不断地由口进入口腔,经咽到达鳃腔与鳃丝接触,然后由鳃孔排到外面,水就这样"前进后出"来完成鱼类的呼吸。


  不管是鱼还是人,呼吸的器官虽然不同,但呼吸氧气的原理其实是一样的,就是吸进氧气和排出二氧化碳的现象。柔软的鳃被坚硬的鳃盖保护着,鱼通过吞咽水液,使得水流充分的流过鳃丝,以此获得的氧气足够支撑自己的生命活动。


  四、鱼类的特殊呼吸方式:鱼其实也可以在空气中呼吸


  都说鱼儿离不开水,可有些鱼不仅可以用鳃呼吸,还可以通过鳃上器、肠壁、皮肤、口咽腔黏膜等副呼吸器官来呼吸,有的鱼甚至离开水也几年不死(比如肺鱼)。另外,一些既没有鳃也没有肺的动物,比如水蛭、蚯蚓等,在没有水只要有水的滋润即可存活。


  (乌鳢的鳃上器)


  鱼的鳃上器,本文以乌鳢(乌鱼)、革胡子鲶(八胡鲶、塘虱)为例,乌鳢和革胡子鲶就具有鳃上器这个器官,乌鳢的鳃上器是由第一鳃弓的上鳃骨、部分舌颌骨伸出屈曲的骨片发展而来,呈木耳状。革胡子鲇也是鳃弓上长出鳃上器,只是由第二和第四鳃弓长出的树枝状的肉质突起,形似珊瑚状。这些器官的的表面都密布着丰富的微血管网上皮质,只要保持其表面的湿润,就能从空气中呼吸氧气。乌鳢在运输中通过体外淋水就可以运输十几个小时而不死,而革胡子鲇也可以在淤泥和污水中保持生存不死,有人说这是耐低氧能力强,错了,其实这是有鳃上器直接呼吸空气的原因。两者的差异就是乌鳢的鳃上器是骨片演化出来,而革胡子鲇是肉状突起,吸收利用效率更高。


  (八胡鲶、塘虱)


  另外,有些鱼的皮肤也具有呼吸的功能。比如鳗鲡、黄鳝的皮肤表面就布满微血管,具有呼吸功能。有些鱼还可以通过口咽腔黏膜来呼吸,像黄鳝既可通过体表呼吸,还可通过口咽腔内的黏膜来呼吸,当黄鳝缺氧时,头常伸出水面,咽喉部变得很大,以增大和空气的接触面,便于从空气中呼吸氧气。所有能参与氧气呼吸的副呼吸器官,其特征就是其表面有丰富的微血管,这是进化的结果,比如海边的弹涂鱼,竟然可以通过尾巴浸在水里呼吸。


  (弹涂鱼)


  通过上述特殊副呼吸器官的呼吸方式获得空气中或者水中的氧气,有一定的缺陷,毕竟水生动物它们的天性是喜欢水和用鳃呼吸,所以,利用特殊器官来呼吸空气以获取氧气维持生命,多是低等动物或者水陆两栖动物所用。


  五、最后


  综上所述,鱼类只能吸取水里的氧气,却不能呼吸空气里的氧气,并且绝大多数鱼类只能用鳃来呼吸,因此,保障鱼类生存最关键的因素有两个:一是水二是鳃。所以,在我们的水产养殖过程中,保持水质优良才能溶解氧充足,把"护鳃"工作放在重要位置,杜绝或者尽量减少缺氧发生,这是水产养殖行业的最起码要求!


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  鱼在水里怎么呼吸推荐文章4:观赏鱼可以直接呼吸空气吗?别不信邪,一切皆有可能

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  哗仔和熊掌和鱼


对不起,我是哗仔!

  欢迎朋友们再一次回到这个有点不一样的宠物鱼专栏,我就是那个鱼和熊掌已经兼得的哗仔。


  今天上午,一个鱼友问哗仔:红草金从鱼缸里跳出来一个小时以后,再放回鱼缸里为什么都能活?而锦鲤跳缸一个小时就死掉了?


  哈哈!这是一个很有趣的问题。


  说实话,很多人知道这个结论,但是却搞不清楚其中的原理,包括很多所谓的养鱼大神,也是一问三不知。


  其实,要把这个问题解答清楚,需要对观赏鱼的呼吸系统有一个很系统很深入的了解。等你真正了解了原理,不仅可以明白为什么有些鱼可以离开水活很久,而且可以指导你以后的养鱼手法,让你喜欢的观赏鱼活得更滋润。


  为什么有些观赏鱼可以直接呼吸空气?


  鱼鳔呼吸是什么意思?


  养鱼大神口中的“儿茶酚胺”是什么东西?


  大家稍安勿躁,且听哗仔娓娓道来。


  友情提示:本文适合喜欢刨根究底的观赏鱼发烧友,不适合那些不求甚解的朋友。预计阅读218秒。


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  别看这条鱼的毛,请看它的鱼鳃


什么是观赏鱼的“空气呼吸”?

  观赏鱼除了可以在水里进行气体交换以外,还可以利用很多匪夷所思的器官进行空气呼吸。


  观赏鱼的空气呼吸技能即使非常普遍,并非个别观赏鱼的专利,只不过不同的观赏鱼能够进行空气呼吸的能力不同罢了。在这个层面上,观赏鱼可以被分为两大类。


  第一类——专性空气呼吸观赏鱼。


  在这类鱼的生活过程中,空气呼吸是必须进行的。比如不走寻常路的过山鲫(这个例子似乎不恰当,很少有人在鱼缸饲养这个东西,但是它的生理特点可以帮助大家理解相关概念,将就着看吧),还有面目狰狞的非洲肺鱼。


  第二类——兼性空气呼吸观赏鱼。


  这类鱼在大部分情况下都是在水里进行呼吸的,只是在某些极端情形下才会进行空气呼吸。比如绚丽的斗鱼和恐怖的电鳗,当然也包括大家熟悉的金鱼、锦鲤和龙鱼。


  即使是最不耐低氧的观赏鱼,也可以进行空气呼吸,只不过这个过程非常短暂而已。


  这些明显可以进行长时间的空气呼吸的观赏鱼在生理上的确是天赋异禀。


  首先是鱼鳃的构造就不同于其他鱼。


  这种观赏鱼的鱼鳃在构造上明显比较硬,鳃片之间的间隙大,次级鳃瓣之间的距离也大,鳃丝又短又粗,在鱼体离水以后,鳃丝并非粘合在一起,而是呈现一种很蓬松的状态,便于空气中的氧气接触到鳃小瓣的鳃上皮,为呼吸空气提供了可能性。


  另外,还有一些观赏鱼的体内有上帝赐予的魔法加成,要么是可以用皮肤直接呼吸空气,要么是可以用肠道进行空气呼吸,要么是可以用鱼鳔进行空气呼吸。


  不管是哪一种呼吸方式,其基本原理是相同的,都是通过身体上某个特殊气管接触空气,然后通过特殊的细胞壁与体内的血液进行气体交换。


  接下来,哗仔就以鱼鳔呼吸来举个例子,让大家更加微观的可以看清观赏鱼进行空气呼吸的原理。


  观赏鱼的鱼鳔


观赏鱼的鱼鳔呼吸

  能进行空气呼吸的鱼鳔被鱼类学家称作“气鳔”。


  气鳔是鱼类进化史上的一个里程碑式的器官,气鳔的出现让一部分鱼类脱离了水的束缚,逐渐向陆地动物进化。你可以把气鳔理解为地球上最早的“肺”。


  最经典的可以进行鱼鳔呼吸的观赏鱼就是肺鱼,其中非洲肺鱼的鱼鳔已经进化成了“近似两栖动物的肺”。


  气鳔表面布满血管,呈现蜂窝状。气鳔的一端与口咽腔相连,这是空气进入鱼体的入口。


  气鳔的体积占鱼体的十分之一左右,能容纳很多空气。由于空气中的氧气含量远远大于水中的溶氧量,所以能够进行鱼鳔呼吸的观赏鱼只需要3~5分钟呼吸一次。所以说,这类鱼的呼吸效率很高。当然,这是少数鱼才有的本领,很多观赏鱼即使可以进行空气呼吸,效率也没有这么强悍。


  比如几乎每个龙鱼玩家都熟悉的巨骨舌鱼,看起来傻傻呆呆的,但是人家就可以用气鳔呼吸。


  巨骨舌鱼体内消耗的氧气有78%来自气鳔,但仍有22%来自鱼鳃进行的水下呼吸。


  常见的观赏鱼在进行鱼鳃呼吸以后,鱼鳃里富含氧气的血液首先抵达心脏,然后再由心脏推送到全身各个组织,而这种鱼鳔呼吸的观赏鱼比较特别,它的富含氧气的血液来自鱼鳔,这部分血液抵达心脏,然后再推送到全身。与此同时,体内产生的二氧化碳却是通过鱼鳃输送到水里的。很有趣,对不对?


 

本文标题:鱼在水里怎么呼吸