Jak działają skrzela ryb

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 09:39

Dziś dowiedziałem się, jak działają skrzela.

Te fantastyczne małe narządy pozwalają rybom wchłonąć tlen z wody i wykorzystać go do produkcji energii. Funkcjonalnie, blaszki nie różnią się od płuc u ludzi i innych ssaków. Główną różnicą jest to, w jaki sposób są one w stanie wchłonąć znacznie mniejsze stężenia dostępnego tlenu, jednocześnie umożliwiając rybom utrzymanie odpowiedniego poziomu chlorków sodu (soli) we krwi.

Skrzela działają na tej samej zasadzie co płuca. W płucach znajdują się małe pęcherzyki zwane pęcherzykami, które mają około 70% naczyń włosowatych. Kapilary te niosą odtlenioną krew z organizmu. Gdy tlen i dwutlenek węgla przechodzą przez błonę pęcherzyków, naczynia włosowate przenoszą nowo natlenioną krew z powrotem do organizmu. Podobnie skrzela mają małe rzędy i kolumny wyspecjalizowanych komórek zgrupowanych razem zwanych nabłonkiem. Odtlenowana krew w rybach jest dostarczana bezpośrednio z serca do nabłonka za pośrednictwem tętnic, a nawet jeszcze mniejszych tętniczek. Gdy woda morska jest przepuszczana przez błony nabłonka, rozpuszczony tlen w wodzie morskiej jest pobierany przez maleńkie naczynia krwionośne i żyły, podczas gdy dwutlenek węgla jest wymieniany.

Skrzela same mają wygląd przypominający grzejnik samochodowy. Większość ryb ma po 4 skrzele po każdej stronie, składające się z głównej bar-podobnej struktury, która ma liczne gałęzie, jak drzewa, i te gałęzie składające się nawet z mniejszych, przypominających gałęzie struktur. Takie ułożenie komórek pozwala na bardzo duże pole powierzchni, gdy skrzela są zanurzone w wodzie.

Funkcjonalnie mechanizm pompowania wody ponad skrzela przypominające chłodnicę wydaje się różnić w zależności od gatunku ryby. Ogólnie rzecz biorąc, osiąga się to poprzez obniżanie przez rybę dna jamy ustnej i poszerzanie zewnętrznej klapki skóry, która chroni skrzela, zwane operculum. Ten wzrost objętości obniża ciśnienie w jamie ustnej, powodując napływ wody. Gdy ryba podnosi podłogę ich ust, wewnętrzna fałda skóry tworzy zawór, który nie pozwala wypłynąć wodzie. Ciśnienie jest następnie zwiększane w porównaniu do zewnętrznej strony jamy ustnej, a woda jest przepychana przez otwór operculum i przez skrzela.

Same skrzele potrzebują bardzo dużej powierzchni, aby zapewnić rybom niezbędne zapotrzebowanie na tlen. Powietrze to około 21% tlenu lub około 210 000 części na milion. Z drugiej strony, woda zawiera tylko około 4-8 części na milion rozpuszczonego tlenu, który skrzela mogą wydobywać. Z tego powodu, jeśli ryba nie ma dużej powierzchni skrzelowej, aby wchłonąć tyle tlenu, ile może dla swojej wielkości, szybko się dusi. Zwierzęta z zimną krwią mają również niższy metabolizm niż ich ciepłokrwiste odpowiedniki. Pomaga im to w radzeniu sobie w środowiskach o niskiej dostępnej zawartości tlenu. Gdyby ryby tej samej wielkości były ciepłokrwiste, metabolizm małego pływaka zwiększyłby się do tego stopnia, że dostępny tlen byłby niewystarczający, a mały Nemo zginąłby.

Podczas gdy duża powierzchnia skrzelowa pozwala na wystarczającą wymianę dwutlenku węgla i tlenu, jednocześnie eksponuje taką samą dużą objętość krwi na hipertoniczną (tj. Bardziej słoną niż ty) wodę morską, tworząc sytuację, w której ryby muszą mieć mechanizm rezerwowy do wydalania nadmiaru sodu, który został przypadkowo zaabsorbowany. Odwrotnie, ryby słodkowodne muszą mieć przeciwny mechanizm pozwalający im wydalać nadmiar wody, aby utrzymać odpowiednio wysoki poziom sodu. Nie przejmujcie się tymi anadromicznymi Cyganami, którzy potrafią się poruszać w obie strony, zdolni do rozkwitu zarówno w środowisku świeżej, jak i słonej wody. Nazwiemy je popisami i zostawimy to.

Aby poradzić sobie z tym problemem sodu, wewnątrz skrzeli znajdują się małe małe komórki zwane komórkami chlorkowymi. Komórki te umożliwiają wytłaczanie dowolnego niepożądanego sodu. Ryby słodkowodne mają zwykle mniej tych komórek niż ich morskie odpowiedniki. To, w połączeniu ze zdolnością do bardzo rozcieńczonego moczu, pozwala świeżej wodzie rybom utrzymać odpowiednio wysoki poziom sodu.

Dodatkowe fakty:

Biorąc pod uwagę, że rozmiar skrzeli pomaga przy pobieraniu tlenu, jak można się spodziewać, im bardziej aktywna jest ryba, tym większe skrzela w porównaniu do wielkości ciała.
Ponieważ środowisko morskie jest hiperosmotyczne, ryby boney często tracą wodę poprzez osmozę. Z tego powodu. mają tendencję do kompensacji poprzez wchłanianie wody przez jelita, przez co pogarszają problem wchłaniania sodu.
Odległość między krwią i wodą w komórkach nabłonkowych ryb wynosi w przybliżeniu 1 mikrometr, czyli około 1 milionowej części metra.
Przy około 32 000 gatunków ryby wykazują większą różnorodność gatunkową niż jakakolwiek inna grupa kręgowców.
Szacuje się, że istnieje około 15 000 niezidentyfikowanych gatunków ryb
Dowody skamielin sugerują, że ryby były na ziemi przez około 400 milionów lat.
Ryby, które mają zdolność życia zarówno w słonej wodzie, jak i słodkiej wodzie, nazywane są rybami anadromicznymi.
Większość ryb kostnych utrzymuje zawartość sodu w płynach ustrojowych na poziomie około 40% wody morskiej.
Anadromiczne ryby muszą mieć procesy fizjologiczne, aby poradzić sobie ze zmieniającą się zawartością soli w ich otoczeniu. Jednym z zastosowanych mechanizmów jest to, że w słodkiej wodzie mają tendencję do wydalania bardzo rozcieńczonego moczu, usuwając w ten sposób więcej świeżej wody i utrzymując normalny poziom sodu.Będąc w słonej wodzie, używają wyspecjalizowanej grupy komórek wydalających sole w skrzeli i wyściółce jamy ustnej. Mają też nerki, które mogą wydalać bardzo skoncentrowany mocz.
Rekiny i Hagfish mają o wiele większą zawartość soli niż ryby kostne i są naturalnie w równowadze z wodą oceaniczną, przez co nie mają problemów z regulacją soli w kościach.