Плувен мехур: функции, плаваемост и еволюция при костните риби

Плувен мехур при костните риби — функции, плаваемост и еволюция: как газовият орган регулира дълбочина, стабилност и звук и как е свързан с белите дробове.

Плувният мехур (газов мехур, въздушен мехур) е вътрешен орган, изпълнен с газ. Той помага на много костни риби (но не и на хрущялните) да контролират плаваемостта си.

Рибите с плавателен мехур могат да се задържат на текущата си дълбочина, без да изразходват енергия за плуване. Гръбната позиция на плавателния мехур означава, че центърът на масата е под центъра на обема, така че той действа като стабилизиращ фактор. Освен това плавателният мехур е резонираща камера, за да произвежда или приема звук.

Плувният мехур е еволюционно близкородствен (т.е. хомоложен) на белите дробове. Според традиционното схващане първите бели дробове (прости торбички, свързани с червата) са позволявали на рибите да поглъщат въздух в условия на недостиг на кислород. Те са еволюирали в белите дробове на днешните сухоземни гръбначни животни и някои риби (белодробна риба, гар, бичир), а също и в плавателните мехури на лъчеперките.

Как работи плавателният мехур

Основната функция на плувния мехур е да регулира плътността на тялото спрямо водата — чрез промяна на количеството газ в мехура рибата може да бъде по-тежка или по-лека. Когато мехурът е изпълнен с газ, общата средна плътност на рибата намалява и тя се издига; когато газът се резорбира, плътността нараства и рибата потъва. Това дава възможност за поддържане на желаната дълбочина с минимална енергия.

Типове плавателни мехури

Съществуват два основни морфологични типа:

• Физостомни (physostomous) — мехурът е свързан с храносмилателния тракт чрез малък канал (пневматичен канал). Рибите от този тип могат да поглъщат или изпускат въздух през устата и храносмилателния тракт, което е полезно при повърхностно дишане и бърза корекция на плаваемостта.
• Физоклистни (physoclistous) — мехурът е затворен и газовете се обменят чрез кръвта. Този обмен се извършва от специализиран орган — газова жлеза и система от кръвоносни съдове (rete mirabile), които позволяват вкарване или освобождаване на газ чрез физиологични механизми.

Физиология на регулиране на газовете

При физоклистните риби отделянето на газ зависи от серийната работа на газовата жлеза, rete mirabile (контраструйно кръвообменна мрежа) и свойствата на хемоглобина (например Root ефект при някои видове). Чрез повишаване на локалната концентрация на CO2 и намаляване на pH, разтворимостта и освобождаването на кислород от кръвта се променят, което позволява на мехура да се напълни. Обратният процес — резорбция на газ — се извършва чрез венозно кръвообращение и дифузия обратно в кръвта.

Допълнителни роли

• Стабилизация: Долнопоставеният център на масата срещу горния обем на мехура дава въртящ момент, който запазва рибата в правилна ориентация.
• Слух и звук: Мехурът служи като резонатор и усилвател при възприемане и производство на звуци — някои риби използват съкращения на мускулите около мехура за издаване на тропикащи или дрънчащи звуци.
• Екологични функции: Влияе върху вертикалните миграции, адаптациите към дълбоките води и поведенчески стратегии при търсене на храна и размножаване.

Еволюция и връзка с белите дробове

Данните от анатомията и ембриологията подкрепят идеята, че плавателният мехур е хомоложен на белите дробове — и двата произлизат от вентрална ектодермална/енодермална структура близо до червата. При някои модерни видове тези структури са се специализирали в дихателни органи (бели дробове, белодробни риби) или в органи за регулиране на плаваемостта (плавателен мехур при лъчеперките).

Еволюционният път е разнообразен: някои групи са запазили свързани с дишане торбички, други са ги преобразували в запечатани мехури за плаваемост, а трети са ги изгубили напълно или са ги модифицирали за други функции.

Адаптации и загуба на мехура

При дълбоководните риби често се наблюдава намален или липсващ плувен мехур — под влиянието на високото налягане и икономическата невъзможност за ефективно управление на газовете. Някои бързоплуващи или дънни видове също губят мехурата и използват други средства за плаваемост (мазнини, мускулна работа, скелетни промени).

Шарките и скатите (хрущялни риби) нямат плавателен мехур и постигат плаваемост главно чрез голямо количество мазнини в черния дроб и постоянен двигателен контрол.

Практически значение и човешко въздействие

Риболовът може да предизвика баротравма (разширяване на газовете в мехура) при бързо вадене от дълбочина — това може да доведе до повреди или смърт на уловените риби. При развъждането в аквакултури управлението на плаваемостта и здравето на плавателния мехур е важен аспект за доброто състояние на рибите.

В обобщение, плувният мехур е многофункционален орган — ключов за енергийната ефективност, ориентацията и слуховите способности на много костни риби, с дълбоки еволюционни връзки към белите дробове и широк спектър от адаптации в различните среди.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява плувният мехур?

В: Как плувният мехур помага на костните риби?

В: Каква е гръбната позиция на плавателния мехур?

В: Каква е функцията на плавателния мехур като резонираща камера?

В: Каква е еволюционната връзка между плавателния мехур и белите дробове?

В: Какво е позволило на рибите да гълтат въздух в условия на недостиг на кислород?

В: В какво са се превърнали белите дробове?

Търсене по буква