Ako dýcha ryba: Všetko, čo potrebujete vedieť

Ryby potrebujú k svojmu životu kyslík rovnako ako suchozemské stavovce, hoci spôsob ich dýchania je úplne odlišný. Kyslík, ktorý má difundovať do krvi cez žiabre musí byť samozrejme rozpustený, pretože ryby nemajú schopnosť prijímať kyslík vo forme bubliniek. Keďže nemajú pľúca, kyslík musí prenikať z vody do krvi priamo cez tkanivá, ktoré sú v priamom kontakte s vodou, teda cez žiabre.

Funkciou dýchacej sústavy je zabezpečiť výmenu dýchacích plynov (O2, CO2) medzi organizmom a prostredím. Potreba kyslíka v organizme stúpa s intenzitou metabolických dejov. Rozdielnosť úrovne metabolizmu viedla ku vzniku rôznych dýchacích sústav jednotlivých skupín živočíchov. Typ dýchacieho ústrojenstva závisí aj od prostredia, v ktorom živočích žije.

Pre ryby je prirodzené prostredie vo vode, prostredníctvom ktorej získavajú kyslík. Možno vás ale niekedy napadlo, prečo sa ryba jednoducho nenadýchne zo vzduchu, ktorý dýchame my. Ľudia dýchajú kyslík zo vzduchu pomocou pľúc, ale obyvatelia vody potrebujú iný mechanizmus. Ryby majú žiabre, ktoré im umožňujú získavať kyslík rozpustený vo vode.

Keď ryba otvorí ústa, voda preteká cez žiabre a krv v kapilárach naberá kyslík, ktorý je rozpustený vo vode. No tento systém na vzduchu nefunguje. Keď ryba zostane príliš dlho na vzduchu, kyslík v jej organizme sa vyčerpá a dochádza k postupnému uduseniu.

Žiabre: Hlavný dýchací orgán rýb

Žiabre sú typickým dýchacím orgánom mnohých vodných živočíchov, vrátane bezstavovcov (mäkkýše, kôrovce) a stavovcov (ryby, larvy obojživelníkov). Žiabre sú tenké a zriasené štruktúry, ktorými prúdi voda, čo umožňuje výmenu plynov. Žiabre sú ektodermálneho pôvodu a vznikajú vyliačením pokožky. Majú rôzny tvar a podobu. Ich povrch sa zväčšuje zriasením (kríčkovitým rozvetvením alebo majú lamely).

Na žiabrových oblúkoch rýb je množstvo zriasených, bohato prekrvených lupienkov, ktorými preteká voda vždy rovnakým smerom, proti prúdu krvi vo vlásočniciach žiaber. Do nich prúdi odkysličená krv priamo zo srdca. Okysličená krv sa zo žiaber dostáva do celého organizmu, kyslík prenáša hemoglobín červených krviniek. Oxid uhličitý sa dostáva difúziou z krvi cez žiabre do vody.

Dýchanie začína nasávaním vody do úst, odkiaľ prúdi k žiabram. Ústa sa zavrú a voda vyteká zo žiabrových dutín. Kyslík prechádza do krvi difúziou a voda, ktorá už žiabrami prešla, neobsahuje kyslík, lebo ho odovzdala do krvi. Ryby využijú až 90% kyslíka z vody. Podnetom na zvýšenie frekvencie dýchacích pohybov rýb je predovšetkým pokles obsahu kyslíka vo vode.

Vnútorné žiabre sú žiabre, ktoré sú uložené v žiabrovej dutine a chránené pred vonkajším prostredím. Tento typ žiaber je prítomný u väčšiny rýb, kôrovcov a niektorých mäkkýšov (napr. hlavonožcov). U rýb sú žiabre chránené žiabrovými viečkami (operculum), ktoré pokrývajú žiabre a zabraňujú ich mechanickému poškodeniu. Kôrovce majú žiabre často chránené pancierom alebo špeciálnymi krytmi.

Vonkajšie žiabre sú nechránene vystavené vonkajšiemu prostrediu, čo znamená, že vyčnievajú z tela živočícha. Tieto žiabre majú niektoré larválne štádiá (napríklad žubrienky obojživelníkov) alebo nižšie mnohobunkové živočíchy, ako sú niektoré mnohoštetinavce.

Dýchanie celým povrchom tela

U jednobunkovcov a najnižšie postavených mnohobunkovcov (pŕhlivce, ploskavce, niektoré larvy hmyzu) dochádza k výmene dýchacích plynov difúziou cez povrch tela, teda špecializované dýchacie orgány nemajú vytvorené. Dýchanie celým povrchom tela sa vyskytuje aj u viacerých nižších stavovcov (obojživelníky, niektoré druhy rýb v prvých dňoch života). Kožné dýchanie u obojživelníkov predstavuje až 70-80% celkového dýchania.

Vzduchové vaky: Pomocný dýchací orgán niektorých rýb

Niektoré ryby majú schopnosť využívať aj kyslík zo vzduchu, ktorý prehltávajú. Kyslík sa potom vstrebáva cez bohato prekrvenú sliznicu čreva tráviacej rúry. Rybám sa v priebehu fylogenézy ako pomocný orgán vyvinuli pľúca v podobe vakov. Dýchaciu funkciu si zachovali len v starobylej skupine dvojdyšných rýb.

Funkcia vzduchových vakov

Pľúcne vaky, na druhej strane, majú primárnu funkciu ako dýchací orgán, ktorý slúži na príjem kyslíka zo vzduchu. Vyskytujú sa u niektorých rýb, ako sú dvojdyšníkovce, a poskytujú týmto rybám možnosť dýchať vzduch, čo je výhodné v prostrediach s nedostatkom kyslíka vo vode. U dvojdyšných rýb sú pľúcne vaky evolučne príbuzné s plynovým mechúrom, ale ich funkcia je predovšetkým dýchacia.

Príklady rýb s vzduchovými vakmi

Medzi ryby, ktoré využívajú vzduchové vaky na dýchanie, patria napríklad dvojdyšné ryby (Dipnoi). Tieto ryby žijú v sladkých vodách Afriky, Južnej Ameriky a Austrálie a sú schopné prežiť aj v obdobiach sucha, keď sa voda v ich biotopoch vyparí. V takýchto situáciách sa zahrabú do bahna a dýchajú vzduch pomocou svojich vzduchových vakov.

Známe pancierničky Corydoras sa prispôsobili svojmu prostrediu natoľko, že dýchajú atmosferický vzduch črevnou sliznicou. Napr. pancierníky dýchajú črevnou sliznicou atmosférický kyslík. Labyrintkám na rovnaký účel slúži tzv. labyrint. Labyrint je pomerne zložitý ústroj, ktorý sa vyvíja napr. bojovniciam, guramám po 50 dni ich života, v tom čase sú oveľa náchylnejšie.

Špeciálne prispôsobenia

Halančík mangrovový zo západného pobrežia Atlantiku dokáže vďaka upraveným žiabram mimo vody prežiť neuveriteľných 66 dní. Žije v mangrovoch, pričom v dutinách stromov takto prečkáva dočasný ústup vodnej hladiny.

Lezec obojživelný a jeho príbuzní z podčeľade Oxudercinae mimo vodnej hladiny lezú, skáču, súperia o teritóriá, či dokonca lozia po stromoch. Na dĺžku okolo 10 cm skáču do úctyhodnej výšky 60 cm, a tak sa im niekedy hovorí „rybie kengury“.

Potulky súšou využívajú hlavne na hľadanie potravy, hlavne hmyzu a pavúkov. Pri odlive ich na bahenných plošinách neraz vidieť, ako si „vykračujú“ za korisťou alebo ako ju naháňajú.

Zástupcovia Oxudercinae používajú niekoľko spôsobov dýchania súčasne. Pomáha im prekrvený plynový mechúr a taktiež zväčšené žiabrové dutiny, v ktorých si držia vzduchovú bublinu. Pri pobyte na súši ich uzavrú tak pevne, že vnútro zostáva vlhké, čo žiabram umožňuje fungovať i mimo vody. Žiabrové dutiny im teda fungujú ako zásobáreň kyslíka na spôsob kyslíkových bômb potápačov. Akoby to nestačilo, tieto ryby dýchajú aj kožou (čo je hlavný spôsob dýchania u obojživelníkov), ktorá len pomaly vysychá, a taktiež bohato prekrvenými membránami hltanu a ústnymi sliznicami.

Presne opačným smerom ako u bahníkov a lezcov sa uberá evolúcia austrálskych korytnačiek z druhov Elusor macrurus, Rheodytes leukops alebo niektorých ďalších. Vyvinuli si totiž zvláštny nový spôsob, akým absorbovať kyslík z vody - dýchajú aj pomocou bohato prekrvenej kloaky.

Celý proces vyzerá tak, že zvieratá plávajú pospiatky so široko roztvorenými zadnými partiami, pričom do tohto otvoru pumpujú vodu dnu a von niekedy až 60-krát za minútu. Nový prídavný dýchací orgán korytnačkám dovoľuje zostať dlhšie pod hladinou bez toho, aby sa museli vynárať. Ešte nie je dokonalý, niektoré druhy "zadkom" získavajú iba 4% kyslíka, iné však až 70%. Je možné, že o pár miliónov rokov sa z vody nebudú musieť vynárať vôbec.

Energetický metabolizmus a potreba kyslíka

Energia, ktorá sa používa na zabezpečenie všetkých bunkových funkcií sa získava z adenozíntrifosfátu (ATP). Je potrebný na kontrakcie svalov, vedenie nervových impulzov v mozgu, činnosť srdca, na príjem kyslíka žiabrami atď. Ak bunka potrebuje energiu, rozpojením väzieb v ATP sa uvoľní energia. Vedľajším produktom tejto reakcie je adenozíndifosfát (ADP) a anorganický fosfát.

Väčšina sladkovodných rýb potrebuje veľké množstvo kyslíka v prostredí. Tento kyslík je potrebný hlavne ako „palivo“ pre biochemické mechanizmy spojené s procesmi cyklu energie. Energetický metabolizmus, ktorý je spojený s kyslíkom je vysoko účinný a zabezpečuje trvalé dodávanie energie, ktorú potrebuje ryba na základné fyziologické funkcie. Tento metabolizmus sa označuje aeróbny metabolizmus.

Nie všetka produkcia energie vyžaduje kyslík. Bunky majú vyvinutý mechanizmus udržiavať dodávku energie počas krátkeho obdobia, keď je hladina kyslíka nízka (hypoxia). Anaeróbny alebo hypoxický energetický metabolizmus je málo účinný a nie je schopný produkovať dostatok energie pre tkanivá počas dlhého obdobia.

Ryby potrebujú konštantný prísun energie. K tomu potrebujú stále a dostatočné množstvo kyslíka. Nedostatok kyslíka rýchlo zbavuje ryby energie, ktorú potrebujú k životu. Ryby sú schopné plávať nepretržite na dlhé vzdialenosti bez únavy v značnej rýchlosti. Svaly, ktoré sa na tomto pohybe podieľajú, využívajú veľké množstvo kyslíka na syntézu energie. Ak majú ryby dostatok kyslíka, nikdy sa neunavia pri dlhodobom plávaní.

Rýchle, prudké a vysoko intenzívne plávanie trvá normálne iba niekoľko sekúnd, prípadne minút a končí fyzickým stavom vyčerpania. Tento typ plávania využívajú ryby pri love, migrácii proti prúdu alebo pri úteku. Tento typ pohybu úplne vyčerpá energetické zásoby. Obnova môže trvať hodiny, niekedy aj dni, čo závisí na prístupnosti kyslíka, trvaní rýchleho plávania a stupni vyčerpania energetických zásob.

Ak sa napríklad ryba, ktorá bola pri odchyte úplne zbavená energie, umiestni do inej nádrže, potrebuje množstvo kyslíka a pokojné miesto, kde by obnovila zásoby energie. Ak sa však umiestni do nádoby, kde je málo kyslíka, nedokáže obnoviť energiu a skôr či neskôr hynie. Nie nedostatok kyslíka zabíja rybu, ale nedostatok energie a neschopnosť obnoviť energetické zásoby. Je jasné, že to sú podmienky, ktoré extrémne stresujú ryby.

Faktory ovplyvňujúce obnovu energie

Spolu so stratou energetických zásob počas rýchleho plávania narastá v tkanivách a krvi hladina laktátu. Vylučovanie laktátu a obnova normálnej funkcie buniek môže trvať od 4 do 12 hodín. Pri tomto procese hrá dôležitú úlohu veľkosť tela, teplota vody, tvrdosť a pH vody a dostupnosť kyslíka.

• Veľkosť tela - Väčšie ryby potrebujú viac energie na rýchle plávanie. To spôsobuje vyšší výdaj energie a dlhší čas obnovy.
• Teplota vody - Väčšie zmeny teploty výrazne ovplyvňujú schopnosť rýb obnoviť energetické zásoby. Je preto potrebné sa vyvarovať veľkým zmenám teploty, ktoré znižujú schopnosť obnovy energie.
• Tvrdosť vody - Zníženie tvrdosti vody má dôležitý účinok na metabolizmus a acidobázickú rovnováhu krvi.
• pH vody - V kyslejšom prostredí sú ryby schopné obnoviť energiu rýchlejšie. Vyššie pH tento proces výrazne spomaľuje, čo je rizikové pre druhy vyžadujúce vyššie pH.

Regulácia osmotického tlaku - udržiavanie rovnováhy solí stresovaných rýb

Regulácia hladiny solí je základom života. Ryba používa značnú energiu na kontrolu zloženia vnútrobunkových a mimobunkových tekutín. U rýb táto osmoregulácia spotrebuje asi 25 - 50% celkového metabolického výdaja, čo je pravdepodobne najviac spomedzi živočíchov. Mechanizmus, ktorý ryby využívajú na udržiavanie rovnováhy solí je veľmi komplikovaný a extrémne závislý na energii.

Sladkovodné aj morské ryby trvalo čelia nutnosti iónovej a osmotickej regulácie. Sladkovodné ryby, ktorých koncentrácia iónov v tkanivách je omnoho vyššia ako vo vode, musia regulovať príjem a stratu vody cez priepustné epiteliálne tkanivá a močom.

Pre lepšiu ilustráciu, tu je tabuľka s porovnaním dýchacích systémov rôznych živočíchov:

Ako kyslík vo vode môže aj škodiť

Pri chove cichlíd sa často chovateľ snaží zabezpečiť maximálne prevzdušnenie vody veľmi silným vzduchovaním. Niektorí chovatelia využívajú možnosti prisávania vzduchu pred vyústením vývodu interného alebo externého filtra, iní používajú samostatné vzduchové kompresory, ktorými vháňajú vzduch do vody cez vzduchovacie kamene s veľmi jemnými pórmi.

Oba spôsoby vzduchovania sú schopné vytvoriť obrovské množstvo mikroskopických bubliniek. Veľkosť bublín kyslíka alebo vzduchu môže významne zmeniť chémiu vody, stupeň prenosu plynov a koncentráciu rozpustených plynov. Riziko poškodenia zdravia a úhynu rýb vzniká najmä pri transporte v uzavretých nádobách, do ktorých sa vháňa vzduch alebo kyslík pod tlakom.

Ak voda vyzerá mliečne zakalená s množstvom miniatúrnych bublín, ktoré sa prilepujú na skrely a žiabre alebo na vnútorné steny nádoby, je potrebné tieto podmienky považovať za potenciálne toxické a všeobecne nezdravé pre ryby. Ak je pôsobenie plynu v tomto stave dlhšie trvajúce a parciálny tlak kyslíka sa pohybuje okolo 1 atmosféry (namiesto 0,2 atm., ako je vo vzduchu), šanca prežitia pre ryby klesá.

Dôsledky nedostatku kyslíka v procese osmoregulácie

Len niekoľko minút nedostatku kyslíka, membrána buniek mozgu stráca schopnosť kontrolovať rovnováhu iónov a uvoľňujú sa neurotransmitery, ktoré urýchľujú vstup vápnika do bunky. Zvýšená hladina vápnika v bunkách spúšťa množstvo degeneratívnych procesov, ktoré vedú k poškodeniu nervovej sústavy a k smrti. Tieto procesy zahŕňajú poškodenie DNA, dôležitých bunkových proteínov a bunkovej membrány. Tvoria sa voľné radikály a oxid dusitý, ktoré poškodzujú bunkové organely.

Ak sa dostane do bunky vápnik, je potrebné veľké množstvo energie na jeho odstránenie kalciovými pumpami, ktoré vyžadujú ATP. Ďalší dôsledok hypoxie je uvoľňovanie hormónov z hypofýzy, z ktorých u rýb prevažuje prolaktín. Uvoľnenie tohto hormónu ovplyvňuje priepustnosť bunkovej membrány v žiabrach, koži, obličkách, čreve a ovplyvňuje mechanizmus transportu iónov. Tým pomáha udržiavať rovnováhu solí v krvi a v tkanivách a bráni nabobtnaniu rýb vodou.

Najväčšia hrozba pre sladkovodné ryby je strata iónov difúziou do vody, skôr než vylučovanie nadbytku vody. Hoci regulácia rovnováhy vody môže mať význam, je sekundárna vo vzťahu k zadržiavaniu iónov. Ak je ho nedostatok, vedie to k úhynu rýb. Nemusia však uhynúť hneď. Rovnováha solí sa nemôže zabezpečiť bez dostatku kyslíka.

Potreba kyslíka

Kyslík je hlavným faktorom, ktorý ovplyvňuje prežitie rýb v strese. Nie teplota vody ani hladina soli. Predsa však je teplota hlavný ukazovateľ toho, koľko kyslíka vo vode je pre ryby dostupného a ako rýchlo ho budú môcť využiť. Maximálne množstvo rozpusteného kyslíka vo vode sa označuje hladina saturácie. Táto klesá so stúpaním teploty.

Napr. pri teplote 20 °C je voda nasýtená kyslíkom pri jeho koncentrácii 8,9 mg/l, pri 26 °C je to pri koncentrácii 8 mg/l a pri 32 °C len 7,3 mg/l. Pri vyšších teplotách sa zvyšuje metabolizmus rýb a rýchlejšie využívajú aj kyslík. Koncentrácia kyslíka pod 5 mg/l pri 26 °C môže byť rýchlo smrteľná.

Dýchacie sústavy iných živočíchov

Rozdielnosť úrovne metabolizmu viedla ku vzniku rôznych dýchacích sústav jednotlivých skupín živočíchov. Typ dýchacieho ústrojenstva závisí aj od prostredia, v ktorom živočích žije.

Dýchanie vzdušnicami

Trachey sú typickým dýchacím ústrojom vzdušnicovcov, typické pre hmyz a pavúkovce. Vzdušný kyslík je privádzaný vzdušnicami (trachey) priamo k jednotlivým tkanivám. Vzdušnice sú rúrky spevnené chitínom a vznikajúce preliačením ektodermu dovnútra tela, čím sa vytvorí systém tenkých kanálikov, ktoré ústia na povrch tela uzatvárateľnými otvormi, ktoré sa nazývajú prieduchy (stigmy). Funguje na principe difúzie plynov. U lariev vodného hmyzu sa stretávame s modifikáciou tohto ústrojenstva na rozvetvené tracheálne žiabre.

Dýchanie pľúcnymi vačkami

Pľúcne vačky využívajú na dýchanie niektoré skupiny pavúkovcov. Vznikli zo žiaber brušných končatín a prispôsobili sa na dýchanie vzdušného kyslíka. Zložené sú z lamiel usporiadaných rovnobežne ako listy v knihe.

Dýchanie pľúcami

Pľúca sú dýchacie orgány suchozemských stavovcov a ich funkciou je zabezpečiť nasýtenie krvi kyslíkom zo vzduchu. Dýchajú nimi aj najvyššie vyvinuté vodné stavovce (delfíny, veľryby). Pľúca sú párový, vakovitý orgán. Vyvinuli sa z vnútornej zárodočnej vrstvy - endodermu.

Obojživelníky majú pľúca vakovité, vnútri hladké (mloky) alebo zriasené (žaby). Mechanizmus dýchania je spojený s prehltávaním vzduchu (keďže nemajú vyvinuté rebrá, hrudný kôš ani bránicu). Vdýchnutý vzduch nozdrami prechádza do úst. Po ich uzavretí sa prehltáva cez priedušnicu a priedušky do pľúcnych vakov. Pre výmenu plynov teda okrem kože má veľký význam aj vnútorný povrch ústnej dutiny a hrtan.

Plazy majú pľúca vakovité, vyplnené hubovitým tkanivom s početnými priehradkami a mechúrikmi. Hady majú ľavú polovicu pľúc zakrpatenú.

Vtáky majú najefektívnejšiu dýchaciu sústavu spomedzi všetkých stavovcov. Súvisí to s ich intenzívnym metabolizmom. Vzdušné vaky im pomáhajú aj počas letu udržiavať polohu tela, nadľahčovať a ochladzovať ho. Pľúca vtákov majú niekoľko špecifických znakov súvisiacich s lietaním. Sú pomerne malé, trubicovité, prirastené k rebrám. Ich objem sa pri dýchaní nemení, nemajú pľúcne mechúriky, ale na prevod kyslíka z vdýchnutého vzduchu slúžia vzdušné kapiláry, ktoré tvoria bohato členenú vlásočnicovú sieť. Vtáky majú s pľúcami spojené vzdušné vaky. Pri vdychu časť vzduchu putuje do pľúc a zvyšok napĺňa vaky, ktoré zasahujú až do kostí. Pri výdychu sa vzduch dostáva zo zadných vakov cez pľúca do predných vakov, opäť prechádza vzdušnými kapilárami a je vydýchnutý. Vlastná výmena plynov prebieha len vo vzdušných kapilárach, stena vakov je len minimálne prekrvená a pre vlastnú výmenu plynov nemá význam.

Pľúca cicavcov sú párový orgán uložený v hrudnej dutine. Sú relatívne objemnejšie a vzduchové cesty sa v nich rozvetvujú slepo do pľúcnych mechúrikov (alveol). Pľúcna alveola je základnou štruktúrnou a funkčnou jednotkou pre výmenu plynov medzi organizmom a prostredím. Je prestúpená množstvom krvných kapilár na vychytávanie kyslíka z vdýchnutého vzduchu. Alveoly niekoľkonásobne zväčšujú povrch pľúc, čo je efektívne prispôsobenie na výmenu plynov.

tags: #ako #dýcha #ryba

Populárne príspevky:

• Rokmi overený recept na zákusok
• Podpora tvorby mlieka akupresúrou
• Recepty na marinovanú krkovičku
• Recept na Považský Kurací Rezeň
• Funkcie jedálneho lístka