§ 33. Внутреннее строение и жизнедеятельность рыб

ОСЕВОЙ СКЕЛЕТ И МУСКУЛАТУРА: ОПОРА ВОДНОГО ПЛОВЦА

Настоящим эволюционным прорывом рыб стало появление прочного внутреннего скелета, пришедшего на смену гибкой хорде их предков. Опору всему телу создает осевой скелет, основу которого составляет костный или хрящевой позвоночник (позвоночный столб). Он монолитно сочленен с неподвижным черепом — костной мозговой коробкой, надежно защищающей головной мозг и несущей подвижные челюсти для захвата добычи.

Позвоночник рыбы подразделяется на два четко различимых отдела:

1. Туловищный отдел: к боковым отросткам каждого позвонка подвижно прикреплены длинные дугообразные ребра. Они охватывают полость тела с боков и сверху, выполняя роль надежного защитного каркаса для мягких внутренних органов;
2. Хвостовой отдел: здесь ребра отсутствуют, а нижние дуги позвонков смыкаются, образуя узкий нижний канал, где проходят магистральные кровеносные сосуды, защищенные от механического сдавливания мощными мышцами хвоста.

Внутри самого позвоночного столба проходит спинномозговой канал, в котором залегает спинной мозг. К костям осевого скелета крепятся сегментированные мышечные тяжи (миомеры), разделенные тонкими соединительнотканными перегородками. Сокращаясь поочередно то с левой, то с правой стороны, эта мускулатура заставляет тело рыбы волнообразно изгибаться, развивая колоссальную тягу при плавании.

ПЛАВАТЕЛЬНЫЙ ПУЗЫРЬ: ГИДРОСТАТИЧЕСКАЯ НЕВЕСОМОСТЬ

Непосредственно под позвоночным столбом в верхней части полости тела расположен уникальный гидростатический орган — плавательный пузырь. Он представляет собой тонкостенный эластичный мешок, наполненный смесью газов (азотом, кислородом и углекислым газом), который в эмбриональном развитии закладывается как полый вырост пищевода.

Плавательный пузырь решает фундаментальную физическую проблему: средняя плотность рыбьего тела из-за тяжелых костей и мышц несколько выше плотности окружающей воды, поэтому без специального органа рыба непрерывно тонула бы под действием силы тяжести.

• Принцип работы: тонкие стенки пузыря оплетены густой сетью капилляров. При погружении или всплытии кровеносная система через специализированные участки (газовую железу) поглощает или выделяет газы в полость пузыря.
• Регуляция плавучести: при увеличении объема пузыря общая средняя плотность тела рыбы уменьшается, и она пассивно всплывает к поверхности; при уменьшении объема плотность возрастает, и рыба плавно опускается на глубину.
• Благодаря этому механизму рыба способна достигать состояния так называемой нейтральной плавучести — буквально зависать в толще воды на любой нужной глубине, не совершая ни единого движения плавниками и не расходуя ценную мышечную энергию.

СИСТЕМЫ ПИЩЕВАРЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ

Пищеварительный тракт рыб имеет сквозное трубчатое строение и адаптирован к быстрому захвату и перевариванию крупной водной добычи:

• Ротовая полость и глотка: ротовое отверстие снабжено челюстями с многочисленными мелкими острыми коническими зубами. Зубы служат исключительно для удержания и умерщвления скользкой добычи — разжевывать пищу рыбы не способны и заглатывают ее целиком;
• Пищевод и желудок: короткий растяжимый пищевод направляет пищу в объемистый мешковидный желудок, стенки которого обильно выделяют кислый желудочный сок и ферменты для расщепления белковой пищи;
• Кишечник и пищеварительные железы: из желудка полупереваренная пища поступает в тонкий кишечник. Сюда открываются протоки двух крупных пищеварительных желез: печени (вырабатывающей желчь, расщепляющую жиры и обезвреживающую токсины) с желчным пузырем и поджелудочной железы. В кишечнике завершается окончательное всасывание питательных веществ в кровь, а плотные непереваренные остатки через прямую кишку выводятся наружу через анальное отверстие.

Выделительная система:

Очищение крови от токсичных продуктов обмена веществ осуществляют парные лентовидные почки темно-красного цвета, тянущиеся вдоль позвоночника прямо под плавательным пузырем. Образующаяся моча стекает по двум тонким мочеточникам в мочевой пузырь, откуда периодически выводится наружу через самостоятельное выделительное отверстие позади анального.

ДЫХАТЕЛЬНАЯ И КРОВЕНОСНАЯ СИСТЕМЫ: ГАЗООБМЕН В ВОДЕ

Поскольку концентрация кислорода в воде в десятки раз ниже, чем в атмосферном воздухе, дыхательная и кровеносная системы рыб работают как единый высокоэффективный гидродинамический комплекс.

Жаберный аппарат:

Органами дыхания служат парные жабры, расположенные по бокам головы на пяти парах костных жаберных дуг в стенках глотки:

• Снаружи дуги усажены ярко-красными тончайшими жаберными лепестками, пронизанными сотнями микроскопических капилляров. Толщина их стенок составляет всего одну клетку, что позволяет растворенному в воде кислороду мгновенно диффундировать в кровь, а углекислому газу — уходить в воду;
• С внутренней стороны жаберных дуг сидят белесые твердые жаберные тычинки. Они образуют своеобразное фильтрационное сито, предохраняющее нежные жаберные лепестки от засорения частицами песка и смытыми током воды остатками пищи;
• Дыхание происходит ритмично: рыба открывает рот и опускает дно ротовой полости — вода засасывается в глотку. Затем рот захлопывается, дно глотки приподнимается, и вода под давлением проталкивается через жаберные щели наружу, омывая лепестки, и выходит из-под приоткрывающихся подвижных костных жаберных крышек.

Кровеносная система:

Кровеносная система рыб — замкнутая и имеет всего один круг кровообращения:

• Сердце двухкамерное: состоит всего из двух последовательных отделов — тонкостенного предсердия и мускулистого желудочка. Через полости сердца течет исключительно темная венозная кровь, бедная кислородом и перенасыщенная углекислым газом;
• Путь крови: сокращаясь, желудочек выталкивает венозную кровь в мощный магистральный сосуд — брюшную аорту. По приносящим жаберным артериям кровь направляется к жаберным дугам. В тончайших капиллярах жаберных лепестков кровь отдает углекислый газ, насыщается кислородом, становится алой артериальной и собирается в крупную спинную аорту, проходящую под позвоночником;
• Спинная аорта ветвится на артерии и густую сеть капилляров по всем внутренним органам и скелетным мышцам. Отдав клеткам кислород и забрав шлаки обмена, кровь снова становится венозной и по венам возвращается в предсердие сердца.

НЕРВНАЯ СИСТЕМА И ОРГАНЫ ЧУВСТВ

Нервная система рыб подразделяется на центральную и периферическую:

• Центральная нервная система (ЦНС): включает головной мозг, укрытый черепной коробкой, и спинной мозг, проходящий в спинномозговом канале позвоночника. Головной мозг дифференцирован на пять отделов: передний, промежуточный, средний, мозжечок и продолговатый мозг. Наиболее крупными и развитыми являются средний мозг (где обрабатываются зрительные сигналы) и крупный мозжечок, отвечающий за безупречную координацию движений, балансировку и равновесие тела в трехмерном водном пространстве;
• Периферическая нервная система: представлена отходящими от головного и спинного мозга нервными стволами, ветвящимися во все уголки тела — к мышцам, плавникам, коже и внутренним органам.

Сенсорные адаптации:

• Зрение: довольно крупные глаза снабжены плоской роговицей и шаровидным хрусталиком, что обусловливает близорукость (рыбы четко видят на 1–2 метра, но хорошо замечают силуэты и движения);
• Органы слуха и равновесия: представлены исключительно внутренним ухом (перепончатым лабиринтом с полукружными каналами), спрятанным внутри костей черепа. Звуковые волны прекрасно распространяются в воде и передаются прямо сквозь ткани черепа;
• Обоняние и вкус: обонятельные мешки с ноздрями на рыле улавливают малейшие запахи на огромных расстояниях. Вкусовые сосочки рассеяны не только в ротовой полости, но и на губах, усиках и даже по всей коже туловища;
• Боковая линия: уникальный сейсмосенсорный орган водной ориентации, позволяющий рыбе в кромешной темноте или мутной воде чувствовать направление течения, приближение хищника и огибать препятствия по отраженным волнам давления.

РАЗМНОЖЕНИЕ И РАЗВИТИЕ: ОТ ИКРИНКИ ДО МАЛЬКА

Подавляющее большинство рыб являются раздельнополыми организмами:

• Половая система самок представлена парными яичниками, в которых созревают сотни тысяч и миллионы мелких половых клеток — икринок (яйцеклеток);
• Половая система самцов состоит из двух продолговатых беловатых семенников, вырабатывающих семенную жидкость — молоки, содержащие миллионы подвижных сперматозоидов.

Нерест и оплодотворение:

Процесс выметывания икры и семенной жидкости в воду называется нерестом. У большинства костных рыб оплодотворение наружное: самка откладывает икру на водоросли, камни или в толщу воды, а самец тотчас поливает ее молоками. Сперматозоиды подплывают к икринкам и сливаются с ними, давая начало новой жизни.

Этапы индивидуального развития:

1. Зародыш: развивается внутри прозрачной студенистой оболочки икринки (у теплолюбивых аквариумных рыбок — считанные часы или дни, а у трески и лососей в холодной воде — несколько месяцев);
2. Личинка: вылупляется из икринки, имеет прозрачное тельце и крупный подбрюшный желточный мешок, за счет запасов питательных веществ которого живет первое время, не питаясь самостоятельно;
3. Малёк: после полного рассасывания желточного мешка организм покрывается крошечной чешуей, формирует лучевые плавники и начинает активно охотиться на планктон и мелких рачков. Внешне малёк уже полностью похож на миниатюрную взрослую рыбу.

Борьба за выживание:

Икра, беззащитные личинки и маленькие мальки служат лакомой добычей для множества водных хищников — личинок стрекоз, жуков-плавунцов, хищных клопов, рачков, медуз, лягушек, ужей, водоплавающих птиц и самих рыб. Лишь сотые доли процента отложенных икринок выживают и достигают взрослого половозрелого возраста. Именно поэтому природа наделила рыб феноменальной плодовитостью — только так популяция может сохранить свою численность в суровых условиях дикой природы.