Vezicile înotătoare – cum funcționează, posibile afecțiuni (și o listă cu peștii care nu au așa ceva)
Când sărim într-o piscină sau direct în mare, deși unii dintre noi știu să înoate, este evident că nu suntem construiți pentru acest mediu subacvatic. Chiar dacă ne umplem plămânii cu aer, trebuie totuși să cheltuim multă energie călcând apa pentru a preveni scufundarea. Motivul pentru care nu suntem plutitori este că ale noastre corpuri noastre sunt mai dense decât apa din jur.
Interesant este că și peștii au aceeași problemă. Greutatea specifică (SG) a apei pure la 4 ° C este 1, iar apa de mare are o SG în jur de 1,029, în funcție de temperatură. Dar, când vine vorba de pești, scheletele lor au o SG de 2,0, solzii și alte țesuturi au o SG de 1,05-1,1, iar grăsimile și uleiurile au o SG de aproximativ 0,9. Combinația acestor diferite densități echivalează cu o SG a întregului pește de aproximativ 1,06-1,09, ceea ce-l face mai dens decât mediul lui de apă dulce sau sărată.
Cu toate acestea, atunci când observăm peștii în acvariile sau iazurile noastre, este instantaneu evident că, atunci când sunt sănătoși, starea lor este una… neutră: nu scufundă și nici nu plutesc la suprafață.
Flotabilitatea neutră poate fi atinsă în mai multe moduri. De exemplu, peștii cartilaginoși exploatează densitatea mai ușoară a uleiurilor, în timp ce rechinii pelagici, cum ar fi rechinul albastru, (Prionace glauca), concentrează uleiul de squalan (SG = 0.8562) în ficat. Până la 80% din masa ficatului poate fi reprezentată de squalan, iar ficatul poate cuprinde 25% din greutatea corporală a rechinului. Calamarii efectuează un truc similar folosind mai degrabă clorură de amoniu, decât ulei.
Concentrarea unui compus cu un nivel scăzut de SG în corp pentru a conferi flotabilitate neutră, necesită o cantitate considerabilă de compus și o adaptare anatomică semnificativă pentru a-l adăposti. Cu toate acestea, compușii sunt incompresibili, adică flotabilitatea neutră nu este afectată de adâncimea apei, astfel încât peștele este liber să se deplaseze pe distanțe mari, în plan vertical, pe coloana de apă – un privilegiu refuzat multor pești osoși – așa cum vom vedea.
Așa cum trebuie să consumăm energie pentru a călca apa, pentru a pluti, așa se întâmplă și în cazul unor pești. Aripioarele pectorale pot fi folosite pentru a „flutura”, tonul, de exemplu, are aripioare modificate în hidrofoiluri, pentru a înoata peste o viteză minimă (0,6 m / s pentru Katsuwonus pelamis – tonul de salata), atunci se generează o ridicare suficientă pentru a contracara SG-ul lor mai mare decât apa.
Știm că a călca apa este o muncă grea; pentru pești este, de asemenea, foarte dificil, mai ales din punct de vedere energetic, motiv pentru care mulți pești osoși care trăiesc în cei 200 metri superiori ai coloanei de apă, au de obicei o vezică cu gaz. Acest organ are alte câteva nume; vezica de aer, de exemplu, este un termen nepotrivit, pentru că vezica poate conține oxigen, dioxid de carbon și azot, fiecare fiind în proporții semnificativ diferite de cele găsite în aer.
Vezica înotătoare este un alt termen utilizat în mod obișnuit, deși din punct de vedere pedantic acest lucru înseamnă că organul are o funcție exclusiv destinată deplasării. Mulți pești își folosesc veziculele de gaz pentru recepția și producerea sunetului. De exemplu, Toadfish (Opsanus tau) contractă mușchii sonici împotriva vezicii sale pentru a genera un sunet atât de puternic încât, dacă mai mulți pești ar face asta deodată, ar crea o mare neplăcere locuitorilor de pe coastă. Acești mușchi sonori se pot contracta la o frecvență de până la 200 Hz la 25 ° C, făcându-i cei mai rapizi mușchi din regnul animal (mușchii picioarelor unui șoarece se pot contracta nu mai repede de 25 Hz la 35 ° C).
Veziculele pline cu gaz se află sub coloana vertebrală, în cavitatea corpului, și sunt excrescențe ale proenteronului (intestinul primitiv anterior) peștilor. În trecutul evolutiv al peștilor, se crede că vezicula gazoasă a funcționat ca un plămân primitiv. Cu toate acestea, beneficiile energetice ale flotabilității neutre pe care le-a conferit au depășit beneficiile sale ca organ respirator. Chiar și așa, unii pești încă păstrează o funcție respiratorie în vezica lor gazoasă – în special peștii pulmonari. Nu există un singur tip de vezică întâlnită la peștii osoși. Salmonidele au o vezică simplă, în formă de cârnat, cu pereți subțiri; cea a unui pește ciprinid este dublu compartimentată, iar vezica peștilor-cuțit (Notopteride) este împărțită în jumătăți laterale. Interesant este faptul că noi, oamenii, am găsit o utilizare pentru veziculele uscate ale peștilor: ihtiocol (isinglass – termenul din limba engleză) este o substanță provenită din vezicile de înot uscate, o formă de colagen folosită la decantarea sau limpezirea vinului și a berii.
Peretele vezicii mai avansate nu este permeabil la gaz; depunerea unui strat de guanină de culoare argintie reduce substanțial permeabilitatea gazelor. Peștii migratori, cum ar fi somonul, care își încep viața în fluxuri rapide, au vezici de gaz mai mici, cu o depunere mai mică de guanină pe pereții acestora. Flotabilitatea neutră ar fi un dezavantaj în apa care curge rapid; cu toate acestea, pe măsură ce peștele se deplasează spre mare, vezica de gaz se mărește și depunerea de guanină se îngroașă. La unii pești, vezica rămâne conectată printr-un tub îngust (conducta pneumatică) la esofag, acești pești sunt cunoscuți ca peștii fizostomi (gr. Physa – înseamnă vezică și stoma înseamnă gură). Pestii fizoclisti (gr. Kleistos – închiși) au pierdut orice legatura cu intestinul; aceasta este considerată starea mai avansată a vezicii. În ambele cazuri, conținutul de gaz al vezicii trebuie reglat, în special cu mișcări verticale mari în coloana de apă. Pentru fizostomi, reglarea conținutului de gaz este simplu, dar pentru fizocliste, gazele trebuie depozitate și preluate prin fluxul sanguin în două locuri separate din vezica gazoasă.
Rețeaua vizibilă se găsește atât în vezicile fizostomice, cât și în cele fizocliste; este vorba despre o rețea densă de vase de sânge minuscule care trebuie să îndeplinească sarcina dificilă de a excreta oxigenul, de la presiunea de oxigen mai mică (în jur de 0,2 atmosferă – atm) în sânge, până la o presiune parțială mai mare în vezică, ce poate fi de sute de atmosfere. Acest lucru se realizează prin acidul lactic concentrat, care scade pH-ul sângelui în mod specific în regiunea în care vasele din rețea intră în contact cu peretele vezicii urinare. pH-ul local scăzut încurajează celulele roșii din sânge să-și depună oxigenul. O reducere a unei unități de pH va duce la eliberarea a jumătate din oxigen de către hemoglobină. Pe măsură ce sângele pleacă din vezica gazoasă din rețea, pH-ul trebuie ridicat la normal.
Prin urmare, rețeaua este responsabilă pentru secreția gazului în vezica gazoasă. Fizostomii pot expulza excesul de gaz prin conducta pneumatică. Heringii, (Clupea harengus), au o gură de aerisire suplimentară în vezică, un por în spatele anusului, pe care îl folosesc pentru a expulza gazul, făcând un sunet caracteristic, aidoma unui ciripit. Fizocliștii nu au o astfel de aerisire, așa că din nou trebuie să se bazeze pe fluxul de sânge pentru a elimina excesul de gaz din vezică La capătul din spatele superior al vezicii se află „ovala”, o porțiune secretoare de gaz a peretelui vezicii pe care peștele o poate închide cu un mușchi sfincterian. Atunci când un anumit gaz trebuie îndepărtat din vezică, sfincterul se relaxează și gazul se difuzează de la o presiune ridicată în vezică, la o presiune mai mică în vasele de sânge care perfuzează ovalul.
În acvariu, unii pești pot prezenta deseori probleme de flotabilitate. Cele mai notabile exemple sunt cele oferite de goldfhish care au o coloană vertebrală comprimată. Curbura coloanei vertebrale pare să exercite o presiune nejustificată asupra vezicii, ceea ce complică capacitatea peștilor de a regla conținutul de gaz. Ca fizostomi, peștii aurii ar trebui să poată expulza excesul de gaz prin conducta pneumatică, dar acest lucru pare adesea dificil. Pentru unele specimene hrănitul la suprafață, adesea pe diete extrudate cu pelete, este ceea ce duce la trecerea aerului în esofag și în vezica gazoasă. Tetra a fost contactat de mulți acvariști – crescători de goldfish, care au declarat că animalele lor de companie plutesc la suprafață după hrănire. Trecerea la o dietă cu scufundare rapidă, cum ar fi Tetra Goldfish Gold Japan sau o dietă umedă, cum ar fi Tetra FreshDelica, poate preveni ingestia de aer. Un tratament tradițional de pre-înmuiere a alimentelor înainte de hrănire nu este o idee bună, deoarece vitaminele solubile în apă se vor pierde din alimente, ducând la deficiențe de vitamine care pot fi dăunătoare peștilor.
Problemele de flotabilitate pot fi ocazional cauzate de infecții patogene; la peștii ornamentali, hemoragia membranei vezicii gazoase este uneori observată la autopsie, totuși aceasta este adesea însoțită de hemoragie și semne suplimentare de infecție pe alte organe ale viscerelor, indicând o infecție bacteriană sistemică. Un pește cu o astfel de infecție bacteriană va apărea extrem de slab, cu probleme de flotabilitate care fac parte dintr-o serie mai mare de afecțiuni. Un antiseptic de acvariu cu spectru larg poate fi util, totuși bazarea pe tratamente pe bază de apă pentru tratarea infecțiilor interne poate fi prea optimistă.
Există chiar și câțiva paraziți care colonizează vezica gazoasă; anghila europeană nativă (Anguilla anguilla) este extrem de sensibilă la parazitul viermelui nematod Anguilicola crassus. Se crede că acest vierme a intrat în Marea Britanie din importurile de anghilă japoneză (A. japonica) și, odată ajuns în interior, colonizează vezica gazoasă. Infecțiile severe pot provoca ruperea organului, dar chiar și infecțiile moderate duc la îngroșarea și pierderea elasticității peretelui vezicii gazoase. Acest lucru face dificilă reglarea presiunii gazului în interiorul vezicii, complicând capacitatea de a menține o flotabilitate neutră. Acest lucru se dovedește deosebit de dezastruos atunci când adulții își încep lunga migrație peste Oceanul Atlantic înapoi în Marea Sargasso pentru a depune icre.
În general, vezica gazoasă este un punct de discuție interesant, deoarece este un organ extrem de variabil și complex, găsit la mulți pești osoși. Funcția sa principală este asigurarea flotabilității neutre, deși unii pești o folosesc și pentru detectarea sunetului, producția și respirația aerului.