Ako dýcha ryba: Rozmanitosť dýchacích mechanizmov u rýb

Ryby, ako vodné živočíchy, vyvinuli rôzne mechanizmy na získavanie kyslíka potrebného pre život. U ľudí pľúca extrahujú kyslík zo vzduchu, ktorý dýchame, a prenášajú ho do krvného obehu, pričom zároveň uvoľňujú oxid uhličitý zo systému. U väčšiny rýb robia žiabre to isté, no vo vode. Namiesto toho, aby ho získavali zo vzduchu, tak si musia vystačiť len s kyslíkom z vody.

Dýchanie rýb: Základný prehľad

Pre ryby je prirodzené prostredie vo vode, prostredníctvom ktorej získavajú kyslík. 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. Oxid uhličitý sa dostáva difúziou z krvi cez žiabre do vody. Ryby využijú až 90% kyslíka z vody. Podnetom na zvýšenie frekvencie dýchacích pohybov rýb je predovšetkým pokles obsahu kyslíka vo vode.

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. 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.

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.

Plynový mechúr je orgán, ktorý sa vyskytuje u väčšiny kostnatých rýb a slúži primárne na hydrostatickú reguláciu. To znamená, že pomáha rybám kontrolovať ich vztlak vo vode, čo im umožňuje udržiavať určitú hĺbku bez vynaloženia veľkého úsilia.

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.

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:

• 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.
• Pancierniky: dýchajú črevnou sliznicou atmosférický kyslík.
• Labyrintky: na rovnaký účel slúži tzv. labyrint (pomerne zložitý ústroj, ktorý sa vyvíja napr. bojovniciam, guramám po 50 dni ich života, v tom čase sú oveľa náchylnejšie).
• Známe pancierničky Corydoras sa prispôsobili svojmu prostrediu natoľko, že dýchajú atmosferický vzduch črevnou sliznicou.

Dýchanie niektorých druhov rýb

• Halančík mangrovový: 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.
• Austrálske korytnačky z druhov Elusor macrurus, Rheodytes leukops: Vyvinuli si zvláštny nový spôsob, akým absorbovať kyslík z vody - dýchajú aj pomocou bohato prekrvenej kloaky.

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.

Lezec obojživelný

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

Ako určitá modifikácia dýchania difúziou cez povrch tela sa vyvinulo tracheálne dýchanie. Vzdušný kyslík je privádzaný vzdušnicami (trachey) priamo k jednotlivým tkanivám. Trachey vznikajú preliačením ektodermu dovnútra tela, čím sa vytvorí systém tenkých kanálikov, ktoré ústia na povrch tela uzatvárateľnými otvormi, ktoré sa nazývajú stigmy. Trachey sú typickým dýchacím ústrojom vzdušnicovcov. 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.

Vek a rast akvarijných rýb

• Akvarijné ryby sa dožívajú 0.5 až 20 rokov.
• Menšie druhy sa dožívajú nižšieho veku a väčšie druhy vyššieho.
• Napr. neónky sa dožívajú 2 - 3 roky, dánia, tetry, gupky 4 - 5 rokov, kaprozúbky 1 - 4 roky, prísavníky Ancistrus - 8 - 10 rokov, no väčšie cichlidy aj 10 až 20 rokov.
• Ak neposkytujeme našim rybám dostatok priestoru, ryby jednoducho tak veľmi narastú - ak budeme chovať napr. akaru modrú v akváriu o objeme 20 litrov, neporastie ani zďaleka do plnej veľkosti.

Teplota vody a ryby

• Ryby sa vyznačujú premenlivou teplotou tela - patria medzi poikilotermné živočíchy - to znamená, že si nedokážu zabezpečiť vlastné teplo, sú v tomto smere závislé od teploty okolitého prostredia.
• V praxi - ryba nachádzajúca sa vo vode s teplotou 25°C má teplotu tela rovnako 25°C.
• Vyššia teplota vody znižuje ich vek - keďže patria medzi organizmy, ktoré si nevedia udržať stálu teplotu tela, ich metabolizmus je pri vyššej teplote na akú sú geneticky adaptované unavovaný viac.
• Vyššia teplota dokáže životný cyklus rýb znížiť aj na polovicu. Vyššia teplota znižuje časom kondíciu, obranyschopnosť.
• Asi najvyššia teplota ktorú sú schopné zniesť je 43°C. Po prekročení tejto hranice sa ryby dusia, strácajú koordináciu a kapú. Podobne sa správajú aj po znížení teploty pod 5°C. Je samozrejmé, že niektoré druhy sú odolnejšie viac, iné menej.

Zmysly rýb

• Svetlo ryby vnímajú pomerne slabo. V porovnaní trebárs z cicavcami, hmyzom, hlavonožcami je to pomerne slabé. Ich krátkozraké oči nepatria medzi ich dobre vyvinuté zmysly.
• Ryby nemajú viečka, ani slzné žľazy.
• Ryby počujú infrazvuk. O ich príjme a spracovaní zvuku toho veľa nevieme. V každom prípade, naše bežné zvuky nepočujú - ak sa vám to zdá - tak potom reagujú na vlnenie, ale náš rozhovor určite nepočujú. Ich sluchové ústroje sú skôr orgánom rovnováhy.
• Bočná čiara je orgán, ktorý dokáže veľmi veľa. Pomocou neho sa vedia napr. oslepené jedince orientovať. Dokonca veľmi bezpečne. Pravdepodobne ním veľmi presne vnímajú vlnenie, tlak, smer, prúdenie, elektromagnetické vzruchy, potravu, prekážky, ktoré dokážu najlepšie spracovať a následne sa podľa nich riadiť.
• Chuťové bunky sa nachádzajú aj v ústach ako by sme mohli predpokladať, no veľká časť sa nachádza na plutvách.

Pohlavný dimorfizmus, pohlavie

• Ryby sa vyznačujú pohlavnými rozdielmi.
• Niektoré druhy živorodiek dokážu za určitých okolností zmeniť pohlavie. Tento jav sa vyskytuje najmä u mečúňa mexického - Xiphophorus helleri.
• V prípade, že sa v akváriu nachádza vysoká prevaha samičiek - je teda nedostatok samcov, môžu sa niektoré samičky zmeniť na samca - narastie im mečík, gonopódium atď.
• Zmena pohlavia sa vyskytuje aj u iných druhov, nie však tak často ako u X. helleri.

Rastliny

• Rastliny žijúce pod vodou, resp. vodné rastliny vyskytujúce sa v akvaristike sú veľmi blízke príbuzné svojim suchozemským ekvivalentom.
• Rovnako obsahujú cievne zväzky, ktoré sa nazývajú žilnatina. Tieto cievy a cievice sú obyčajne dobre viditeľné.
• Rastliny dýchajú počas celého 24 hodinového cyklu, cez deň - resp. za dostatku svetla prijímajú oxid uhličitý a vodu a tvoria z tejto neústrojnej hmoty sacharidy (stavebné látky) najmä pre konzumentov a životodarný kyslík.
• Vodné rastliny nemajú prieduchy - suchozemské rastliny majú prieduchy na spodnej strane listov.
• Rastliny produkujú prostredníctvom fotosyntézy kyslík. V prípade, že vidíme produkciu kyslíka rastlinami, koncentrácia kyslíka v bunke stúpla nad 40 mg/l.

Stres a kyslík

Odchyt rýb, transport a ich chov v zajatí má vážne metabolické nároky v mozgu, svaloch, srdci, žiabrach a ďalších tkanivách. 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.

Faktory ovplyvňujúce obnovu energie

• Veľkosť tela - Väčšie ryby teda 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, ako napr. africké cichlidy jazier Malawi a Tanganika.

Regulácia osmotického tlaku

Regulácia hladiny solí je základom života. Štruktúra a funkcia bunky úzko súvisí s vodou a látok v nej rozpustených. 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.

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.

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.

Vzduch a 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. Určité riziko však vzniká aj pri nadmernom jemnom vzduchovaní v akváriách. Mikroskopické bublinky plynu sa môžu prilepiť na žiabre, skrely, kožu a oči a spôsobovať traumu a plynovú embóliu. Poškodenie žiabier a plynová embólia negatívne ovplyvňujú zdravie rýb a prežívateľnosť, obmedzujú výmenu plynov pri dýchaní a vedú k hypoxii, zadržiavaniu CO2 a respiračnej acidóze. Čistý kyslík je účinné oxidovadlo. Mikroskopické bublinky obsahujúce čistý kyslík sa môžu prichytiť na lístky žiabier, vysušujú ich, dráždia, oxidujú a spôsobujú chemické popálenie jemného epiteliálneho tkaniva.

Ryby, ktoré zadržiavajú dych

Vedci nečakané správanie ryby druhu chaunax endeavouri pozorovali na verejne dostupných videách amerického Národného úradu pre oceán a atmosféru (NOAA) z viacerých častí Atlantického a Tichého oceánu. Na podmorských záberoch sa objavilo celkovo osem rýb, ktoré zadržiavali dych. Ryby ch. endeavouri však dýchajú trochu inak. Namiesto toho, aby vodu zo žiabier vypustili, zadržiavali ju. Niektoré iba 26 sekúnd, iné až štyri minúty. Počas zadržiavania nejavili žiadne známky dýchania. Keď ryby nakoniec vypustia zo žiabier vodu, ich telo sa zmenší o dvadsať až tridsať percent. Zadržiavanie vody v žiabrach ich môže chrániť pred predátormi, pretože sa javia väčšie. Rovnako im môže pomáhať aj pri šetrení energie, ktorú by inak museli minúť na pumpovanie vody cez telo.

Tabuľka: Prehľad dýchacích mechanizmov u rýb a iných živočíchov

tags: #ako #dýcha #ryba

Populárne príspevky:

• Rozdiely medzi celozrnným a tmavým chlebom
• Recepty s jadierkami z indickej uhorky
• Ako namontovať komínovú rúru s klapkou (160 mm)
• Recept na medovníky
• Mätový extrakt pre zdravie