Риби, що дихають повітрям: лабіринт, кишкове дихання та легені

Як деякі риби дихають атмосферним повітрям: лабіринт, кишкове дихання сомів і в'юнів, дводишні та легеневий плавальний міхур, і навіщо їм доступ до поверхні.

Навіщо рибам дихати повітрям

У воді набагато менше кисню, ніж у повітрі, і зазвичай риби видобувають його зябрами. Хребетні вперше почали дихати атмосферним повітрям близько 400 мільйонів років тому, і ця здатність незалежно виникла в кількох лініях риб. Сьогодні багато видів мають додаткові органи дихання (органи повітряного дихання), які працюють разом із зябрами та шкірою. Такі органи часто трапляються в риб із бідних на кисень вод, і всі вони — тонкі, густо кровопостачані поверхні, де кисень із проковтнутого повітря переходить у кров. Відомі лабіринтові органи, видозмінені ділянки травного тракту та плавальний міхур.

• Факультативні риби, що дихають повітрям, за нормального вмісту кисню обходяться самим зябровим диханням і переходять на повітря, лише коли вода стає гіпоксичною.
• Облігатні риби, що дихають повітрям, мусять підніматися до поверхні навіть за нормального рівня кисню, бо самих зябер їм не вистачає.

Багато риб без органів повітряного дихання використовують поверхневе водне дихання: у бідній на кисень воді вони піднімаються вгору й омивають зябра тонким, краще насиченим киснем поверхневим шаром. В одному дослідженні так чинили за гіпоксії всі, крім чотирьох, із 26 північноамериканських видів без органів повітряного дихання.

Лабіринтовий орган

Лабіринтові риби (підряд Anabantoidei, зокрема родини Anabantidae, Helostomatidae та Osphronemidae) названі за цим органом. Це сильно складчаста структура в камері над зябрами, утворена розширеною епібранхіальною кісткою першої зябрової дуги й укрита багатою на кров дихальною тканиною. Камера повністю відокремлена від ротової порожнини. Риба ковтає повітря біля поверхні, і кисень усмоктується через складки. Матеріали UF/IFAS описують цей орган як видозмінену зябру, що працює як легеня. До лабіринтових належать гурамі, макроподи, гурамі, що цілується (Helostoma temminckii), і півник (Betta splendens).

Лабіринтові риби не народжуються з робочим лабіринтом. Молодь дихає зябрами, а орган розвивається пізніше, в деяких видів лише після статевого дозрівання. Його розмір залежить від середовища: у видів із бідних на кисень вод органи більші й складніші, ніж у мешканців швидких, добре аерованих річок. Змієголови (Channidae), споріднена група, мають простіший надзябровий орган, що розвивається з віком, і можуть виживати на суходолі кілька днів, якщо залишаються вологими.

Соми та в'юни, що дихають повітрям

У сомів повітряне дихання виникало кілька разів, за допомогою різних органів. Кларієві соми (Clariidae, наприклад Clarias) мають у надзябровій камері деревоподібний дендритний орган. Він виник паралельно з лабіринтом і використовується під час сезонного пересихання боліт і річок Африки та Азії. Кларієві — факультативні риби, що дихають повітрям.

Коридораси та інші панцирні соми (Callichthyidae) дихають кишківником. За даними UF/IFAS, ці зазвичай донні риби роблять ривок до поверхні, ковтають бульбашку й видобувають із неї кисень у кишківнику. В'юн (Misgurnus anguillicaudatus) — факультативний вид, що дихає повітрям і теж використовує частину травного тракту. Він вдихає повітря ротом, проводить його в тонкостінну, густо кровопостачану задню кишку, де відбувається газообмін, і випускає відпрацьований газ через анальний отвір. Дослідження 2024 року показало, що таке кишкове дихання також допомагає просуванню їжі кишківником.

Дводишні та легеневий плавальний міхур

Сучасні дводишні риби належать до трьох родів: Neoceratodus (Австралія), Lepidosiren (Південна Америка) та Protopterus (Африка). Більшість має дві легені, австралійський рогозуб — одну. Південноамериканський лусковик — облігатний вид, що дихає повітрям; у дорослих особин зябра сильно редуковані й майже не працюють. Австралійський рогозуб — єдиний, хто може обходитися зябрами без повітря, а африканські види посідають проміжне становище. Африканські й південноамериканські дводишні переживають сухий сезон, заглиблюючись у мул і впадаючи в літню сплячку. Обмін речовин може знижуватися приблизно до однієї шістдесятої від норми, а замість аміаку вони виділяють менш токсичну сечовину.

Деякі інші риби використовують як легеню плавальний міхур. В арапайми (Arapaima) збільшений плавальний міхур вистелений легеневоподібною тканиною; вона залежить від атмосферного повітря й може жити в старицях із вмістом розчиненого кисню лише 0,5 ppm.

Що це означає для акваріума

• Доступ до поверхні: риби, що дихають повітрям, мають вільно підніматися до поверхні. Облігатні залежать від цього навіть у добре аерованій воді.
• Шар вологого повітря: для Betta splendens Seriously Fish радить щільну кришку й акваріум, налитий не по вінця. Так над водою зберігається шар теплого вологого повітря, а риби, що добре стрибають, не вистрибують. Під час вирощування мальків рекомендовано максимально щільну кришку, бо цей шар потрібен їм для нормального розвитку лабіринту.
• Слабка течія: те саме джерело радить уникати сильного руху води для цього виду, що живе в стоячій воді.
• Поведінка як сигнал: регулярні підйоми до поверхні нормальні для лабіринтових і коридорасів. У риб без органів повітряного дихання хапання повітря чи зависання біля поверхні — це поверхневе водне дихання, реакція на нестачу кисню.