Как рыбы дышат под водой? Польза от морского воздуха для человека Поступление воды в жабры.

Средний объём лёгких человека составляет 2500 миллилитров. При спокойном вдохе поглощается 500 миллилитров воздуха, из которых 140 остаётся в так называемом «вредном пространстве», а 360 поступает в лёгкие. Значит, альвеолярный воздух вентилируется всего лишь на одну седьмую часть (360/2500).

Водные млекопитающие киты за одно дыхательное движение обновляют содержимое лёгких на 90 процентов! Подвижная грудная клетка, мощные дыхательные мускулы, развитая мускулатура в лёгочной ткани – всё это приспособлено для того, чтобы сделать глубокий выдох – вытолкнуть бесполезный, отдавший кислород воздух и как можно быстрее заменить его новой порцией чистого атмосферного воздуха. С каждым дыхательным движением в лёгкие кита поступает в 4-5 раз больше кислорода, чем в лёгкие человека.

Кашалот перед длительным погружением делает 60-70 вдохов; можно представить себе, как основательно он «заряжает» свой организм кислородом.

У водных млекопитающих повышена так называемая кислородная ёмкость крови. Известно, что кислород по организму разносит особый, содержащийся в красных кровяных тельцах (эритроцитах) пигмент – гемоглобин. Проходя через лёгкие, гемоглобин присоединяет кислород и в виде оксигемоглобина устремляется по артериям во все уголки организма.

Один грамм гемоглобина крови человека связывает 1,23 кубических сантиметра кислорода, а тюленя – 1,78. К этому надо добавить, что процесс связывания кислорода гемоглобином идёт у ныряющих млекопитающих очень быстро.

Водные млекопитающие отличаются экономным расходованием кислорода во время ныряния. Так, у обыкновенного тюленя расход кислорода в течение одной минуты после погружения снижался в 15 раз! Эта экономия обеспечивается различными способами. Замедляется обмен веществ в организме зверя, уменьшается количество вырабатываемого тепла, происходят резкие изменения в кровообращении и характере кровоснабжения различных тканей.

У морского льва, например, уже через 10 секунд после начала ныряния количество сокращений сердца падает от 130-140 до 30-40 в минуту, а у серого кита – со 100 до 10 ударов. Но особенно отличается в этом отношении нутрия. У неё частота сердцебиений при погружении в воду уменьшается с 216 до 4! Разница колоссальная. У северного морского слона частота сокращений сердца в конце 40 – минутного ныряния также падала до 4, но исходный уровень у этого вида гораздо ниже, чем у нутрии: 60 ударов в минуту.

Специальные измерения показали, что при нырянии давление крови в магистральных сосудах сохраняется в норме. Зато в малых артериях оно уменьшается до уровня венозного, а иногда и вовсе сходит на нет, то есть пульс перестаёт прощупываться.

Перераспределение кровопотока имеет огромнейшее значение для зверя. В любых условиях его головной мозг нормально омывается кровью, в достатке снабжается кислородом. Болезненно реагирует головной мозг на недостаток кислорода: 4-5 минут – и в нежных клетках наступают необратимые изменения. «Оживление» организма становится невозможным. Другие органы могут побыть и на голодной диете, они гораздо выносливее и неприхотливы.

Нервные клетки дыхательного центра животных находятся в передней трети продолговатого мозга. Водные млекопитающие очень чувствительны к концентрации углекислого газа в крови. Чуть содержание его превышает норму – дыхательный центр даёт «команду» усилить вентиляцию лёгких, увеличить приток кислорода, улучшить вывод углекислоты из крови. И здоровый организм выполняет эти команды, дыхание становится глубоким, нормальный состав газов крови восстанавливается. Но вот что удивительно – дыхательный центр головного мозга водных млекопитающих чрезвычайно устойчив к повышению концентрации в крови углекислого газа.

Поразмыслив, учёные поняли в чём суть дела: сохранение у этих зверей свойственной для наземных млекопитающих чувствительности к углекислоте могло позволить дыхательному центру сыграть злую шутку со своим хозяином – заставить его усилить «вентиляцию» лёгких в самый неподходящий момент, во время ныряния. Конечно, вдох под водой был бы для зверя последним…

Перераспределение кровяного потока, усиленное питание головного мозга, когда зверь находится под водой, — эти механизмы обнаружены не только у водных млекопитающих – они есть у бобра, ондатры и некоторых других зверей.

Гемоглобин есть не только в крови, но и в форме миоглобина присутствует в мышечной ткани животных. Миоглобин запасает кислород и отдаёт его по мере надобности. У водных млекопитающих этого пигмента очень много, у дельфинов, например, его столько же, сколько и гемоглобина. В мышцах сердца и головы дельфинов миоглобина в 4-5 раз больше, чем у кролика или морской свинки, а в спинных и брюшных мышцах – в 15 раз!

Учёные установили, что запас кислорода в организме человека составляет в среднем 2640 миллилитров, из них в лёгких – 900, в крови – 1160, тканевой жидкости – 245, в миоглобине – 335 миллилитров — одна седьмая часть общего запаса. У тюленя же из 5400 миллилитров кислорода миоглобин удерживает свыше 2500, то есть почти половину!

Итак, получить больше свежего воздуха, полнее использовать содержащийся в нём кислород, доставить тканям быстрее, лучше «выгрузить» его, создать резервы воздуха и кислорода при нырянии, экономнее расходовать драгоценный газ в погруженном состоянии, обеспечивать им в первую очередь жизненно важные центры – вот к чему сводятся, в сущности, все сложнейшие морфологические и физиологические приспособления, выработавшиеся у водных млекопитающих в процессе великого обратного пути с суши в воду.

Некоторые водные млекопитающие достигли высокой степени совершенства, другие же обладают менее яркими и полными приспособлениями, но принцип для всех общий. А это для нас главное.

Сотни тысяч лет назад, задолго до появления на Земле человека, в океанах уже плавали рыбы. В то время они были самыми высокоразвитыми созданиями.

С тех пор они стали развиваться самыми различными путями, так что сейчас только некоторые виды лишь отдаленно напоминают первых примитивных океанских рыб.

Как правило, рыба имеет удлиненную и суживающуюся к концу форму. Люди скопировали ее при строительстве кораблей и подводных лодок, так как она лучше всего приспособлена для передвижения в воде.

Большинство рыб используют свой хвост как мотор. При его помощи и плавников они управляют своими движениями. Кроме одного вида рыб, все остальные дышат при помощи жабер. Рыба заглатывает ртом воду, которая проходит через жабры и выливается через специальное отверстие. В воде тоже содержится кислород, и он через жабры попадает в кровь рыбы, как воздух через легкие в кровь человека.

В загрязненной воде рыбы пытаются всплыть к поверхности и вдохнуть воздух, но их жабры не приспособлены к усвоению кислорода из воздуха.

Кровь у рыб холодная, но их нервная система такая же, как и <у других животных, они тоже чувствительны к боли. Их осязание очень острое, а вкус они воспринимают всей своей кожей.

Рыбы могут пахнуть. У них есть два маленьких пахучих органа, расположенных в ноздрях на голове. У рыбы есть уши, но они находятся внутри головы и называются «внутренними ушами». Причиной того, что рыбы имеют темную окраску сверху и светлую снизу, является то, что это помогает им защититься от своих врагов, которые, смотря сверху, видят темный цвет, сливающийся с водой реки или океана. Глядя снизу, кажется, что это светлая поверхность воды. Существует более 20 тысяч рыб, и трудно вообразить, сколько неповторимого есть в жизни каждой!

Есть ли у рыбы сердце?

Иногда нам очень трудно представить, что существа на нас совершенно не похожие могут иметь органы, очень напоминающие наши и функционирующие примерно так же. Многие думают, что раз рыба живет в воде и имеет холодную кровь, то у нее должны отсутствовать различные внутренние органы или какие-либо чувства.

На самом же деле внутреннее строение рыбы очень похоже на строение высших, теплокровных животных. Многие ученые считают, что это сходство доказывает то, что жизнь на суше появилась из моря!

Рыбы дышат и переваривают пищу. У них есть нервная система, они чувствуют боль и физические неудобства. У них очень развито осязание. Они имеют вкусовые ощущения, а также очень чувствительную кожу. У них есть два маленьких органа обоняния в ноздрях, расположенных на голове. Даже уши у них есть, но они находятся внутри тела рыбы. Внешних органов слуха у рыбы нет. Глаза у рыб такие же, как и у позвоночных других видов, но имеют более простое строение. Таким образом, вы можете видеть, что у рыбы имеются «системы», которые позволяют ей выполнять функции, сходные с функциями нашего организма. Давайте бегло рассмотрим лишь две из этих систем — пищеварения и кровообращения. Пища у рыбы проходит по пищеводу в брюшную полость, где находятся желудочные железы и где начинается переваривание пищи. Дальше она проходит в кишечник, где рассасывается, то есть поглощается кровью. Рыбы разных видов имеют и различные системы пищеварения, приспособленные к различным типам пищи — от растительной до другой рыбы.

Но использует пищу рыба с такой же точно целью, что и мы: как источник энергии для жизни, роста и движения. Система кровообращения рыбы разносит пищу и кислород во все внутренние органы. Насосом, регулирующим кровообращение рыбы, как и у человека, служит сердце. Сердце у рыбы находится за жабрами и чуть пониже их. Оно имеет три или четыре камеры, которые, как и у нас, ритмично сокращаются.

Существуют тысячи различных видов рыб, каждый из которых приспособлен к определенным жизненным условиям, но их внутренние органы, чувства и системы похожи на наши.

Все черепахи дышат через ноздри. Дыхание открытым ртом ненормально.

Наружные ноздри находятся на переднем конце головы и имеют вид небольших округлых отверстий.

Внутренние ноздри (хоаны) более крупной и овальной формы. Они расположены в передней трети неба. При закрытом рте хоаны вплотную примыкают к гортанной щели. В покое гортанная щель закрыта и открывается только во время вдоха и выдоха с помощью мышцы - дилататора. Короткая трахея образована замкнутыми хрящевыми кольцами и в своем основании разделяется на два бронха. Это позволяет черепахам дышать со втянутой внутрь головой.

У черепах легкие заполняют почти всю верхнюю часть полости тела, прилегая, а местами и прирастая к соединительной мембране карапакса. Легкие имеют губчатую структуру со сравнительно небольшой дыхательной поверхностью.

Черепахи не имеют функционирующей грудной клетки и поэтому дышат не так, как другие животные. Вдох происходит за счет движения мощных пучков мышц, идущих от плечевого и тазового пояса к пластрону, и дорсально-вентральных мышц, расположенных вдоль края панциря. Движение мышц взывает уменьшение или увеличение объема полости тела и, соответственно, легких. У сухопутных черепах в актах вдоха-выдоха важное участие принимают движения передних лап и шеи, а также сокращение собственной гладкой мускулатуры легких.

У полуводных черепах на суше вдох более пассивный, а выдох - более активный, а в воде - наоборот. У черепах с более легким панцирем (Трионикс) меньше объем легких, чем у черепах с более тяжелым (красноухие - 14% от объема тела). Количество вдохов колеблется от вида черепахи. Греческая сухопутная черепаха делает в период активности, т.е. вне периода зимней спячки, 4-6 вдохов в минуту. Морские черепахи всплывают для того, чтобы глотнуть воздух, раз в 20 минут. А вообще черепахи могут не дышать до нескольких часов.

Все водные черепахи должны всплывать за воздухом на поверхность каждые несколько часов. У некоторых из пресноводных появились специальные приспособления, которые помогают им долго оставаться под водой. Одни виды приобрели способность дышать через кожу, у других есть специальные пазухи, помогающие усваивать кислород. Бугорки на языке и в ротовой полости у мускусных черепах (и некоторых других видов) помогают усваивать кислород из воды. Rheodytes leucops - рекордсмен по способам альтернативного дыхания среди австралийских хелид - длительность его погружений у молодняка может длиться до 13 часов и дольше. Львиная доля водного дыхания здесь принадлежит клоакальным бурсам.

У сухопутных черепах частота дыхательных движений зависит в основном от температуры и размера тела. У водных черепах при задержке дыхания во время погружения под воду абсорбция кислорода из легких в кровь и ткани происходит еще в течение 20 минут. Уровень углекислоты может сильно повышаться, не вызывая раздражения дыхательного центра. Параллельно включается механизм анаэробного дыхания, который постепенно усиливается, дублируя нормальный газообмен. При всплывании на поверхность черепахи достаточно 3-4 секунд, чтобы восстановить нормальный уровень кислорода и углекислоты. У полностью водных видов дополнительный газообмен осуществляется в глотке, задней части ротовой полости, мешкообразных выростах клоаки (для зимовки подо льдом). Вместо дыхания при спячке организм получает кислород путем окислительного фосфорирования, и снабжаются кислородом только жизненно необходимые органы, как сердце и мозг.

Для обоняния черепахи способны накачивать воздух в ротовую полость за счет колебательных движений мышц дна глотки. У черепах большую роль играет обоняние, с помощью него черепахи не только находят пищу, но и общаются с сородичами, и даже ориентируются на территории ("компасное чувство"). Черепахи не могут рефлекторно чихать или кашлять, зато могут зевать.

Обоняние черепах

Первично ноздри и носовой аппарат у позвоночных образовались не для дыхания, а для обоняния. У черепах обоняние играет ведущую роль при анализе внешней среды.
Строение носовой области см. на картинке.

У некоторых черепах развито вторичное нёбо, и в связи с этим произошло удлинение носоглоточного хода. Черепахи анализируют запахи и при дыхании через ноздри, и в ротовой полости с помощью вомероназального (якобсонова) органа. При обонянии через ноздри черепаха использует "глоточную накачку" воздуха, так она нюхает. В большинстве случает якобсонов орган служит для получения информации о пище, находящейся во рту. У некоторых водяных черепах якобсонов орган способен функционировать под водой. При этом вода поступает в рот и затем удаляется через ноздри.

Некоторые черепахи не имеют вкусовых сосочков на языке, что объясняет их "неразборчивость" в еде. У среднеазиатских черепах сосочки хорошо развиты.
У некоторых видов черепах во время брачного сезона у самцов усиливается кровоток в преддверии носовой полости, и нос становится красным.

Запах для черепах имеет и сигнальное значение. У большинства видов имеются запаховые железы, а у некоторых видов (например, у мускусной черепахи) есть пахучие железы, выделяющие резко пахнущий секрет и использующиеся для защиты. Их протоки открываются в кожных порах, расположенных по обеим сторонам костного мостика, соединяющего карапакс и пластрон.

И хотя черепахи способны различать газообразные пахучие вещества на большом расстоянии, они все равно тычутся носом во все подряд.

Осязание у черепах

Осязяние у черепах хорошо развито - прикосновение к панцирю тотчас улавливается даже спящим животным.

Бывает так, что нежелательную пищу, обычно исследуемую с помощью обоняния, черепаха сначала засовывает в рот, а потом выталкивает языком и вытаскивает остатки передними лапами.

Вода, как известно, составляет значительную часть планеты, поэтому она напрямую воздействует на процессы, которые происходят в воздушном пространстве. В процессе испарения воды с поверхности мирового океана минералы и соли попадают в воздух. Эффективней всего такой процесс на этапе образования морской пены. В результате образуются «солевые аэрозоли». Вдали от берега моря их концентрация мала, но на самом побережье их количество в воздухе настолько велико, что может оказывать благоприятный эффект на человеческий организм.

Разнообразные исследования доказали, что за сутки на сушу попадает более пяти тонн солей с поверхности моря. Дожди возвращают эти соли обратно в глубины моря. В соленой морской воде присутствует практически целиком Менделеева. Морской воздух не только отличается выской степенью ионизации, но славится очень концентрацией йода, брома, хлорида натрия и других микроэлементов и веществ, очень полезных для .

Особенно полезно пребывание в зоне километра от прибоя, на большем растоянии польза воздуха существенно снижается.

Полезная ионизация

Морской воздух лишен пыли и бактерий, что позволяет буквально дышать полной грудью, избавляя легкие от ненужных частичек. Во время волнений на море очень полезно находиться на берегу, поскольку большое количество отрицательно заряженых ионов, продуцирующихся во время штормов, через стенки эритроцитов обогощают органы кислородом. Ионизация заставляет эритроциты отталкиваться друг от друга со значительной силой и ускоряет их передвижение в узких сосудах.

Сосны и другие хвойные деревья значительно усиливают целебные свойства морского воздуха.

Отрицательно заряженные ионы значительно облегчают легочную вентиляцию, способствуя быстрому усвоению кислорода. При этом они выводят значительные объемы углекислого газа и улучшают работу сердца. Свежий морской воздух улучшает работоспособность и умственную, и физическую. А также укрепляет костную ткань, ускоряет синтез важных витаминов групп C и B.

Частицы морской воды действуют на слизистые оболочи дыхательных систем человеческого организма, насыщая его полезными веществами, усиливая защитные реакции. Свежий воздух с моря увеличивает количество эритроцитов и гемоглобина в крови, активизируя дыхание и кровобращение. Именно поэтому отдых на море так важен при наличии заболеваний дыхательной системы.

Йод, которого очень много в морском воздухе, благоприятно воздействует на щитовидную железу, к тому же омолаживает кожу. Соединение йода и калия нормализует кровяное давление и ксилотно-щелочной баланс.

Животные и растения поглощают из воздуха или из воды кислород и выделяют углекислый газ. Этот процесс называется дыханием. Море тоже поглощает кислород, и в нём тоже образуется углекислый газ. Море тоже по своему «дышит».

Бушует ветер. Высокие волны бороздят поверхность моря. Тучи брызг наполняют воздух, и когда мельчайшие капли воды падают вниз, каждая из них захватывает из воздуха немного кислорода. Море делает могучий вдох. Дождевые капли тоже приносят в море кислород, захваченный ими из воздуха.

Морские растения - и микроскопические водоросли, и 100-метровые водоросли-гиганты - на свету выделяют в морскую воду в 3-4 раза больше кислорода, чем его попадает в море из воздуха. Так в поверхностных слоях морской воды скапливаются миллионы тонн растворённого кислорода, которым дышат рыбы, моллюски и медузы.

Но некоторые морские животные обитают и на огромных 1000-метровых глубинах, где царит вечная тьма и не могут жить растения. Эти жители морских глубин, в основном крабы и моллюски, питаются трупами умерших рыб, которые обитают вблизи поверхности моря. Они поедают также части отмерших водорослей, опускающихся ко дну. Пищи у них достаточно.

Но как же попадает к ним кислород?

Воды глубин не соприкасаются с воздухом. Они отделены от воздушного океана 1000-метровыми слоями воды. Не может образоваться на большой глубине кислород и из углекислого газа. Углекислый газ выделяют растения, да и то лишь на свету. А в глубине моря нет ни растений, ни света.

Учёные давно уже разгадали эту тайну морских глубин. Оказывается, между глубинными слоями и поверхностью моря всё время происходит обмен воды. На севере вода остывает у поверхности моря, становится более плотной и «тонет», уходит к морскому дну. На её место с юга притекает новая, согретая тропическим солнцем вода. Так образуются поверхностные течения, например Гольфстрим, идущий от берегов тропической Америки к северу Европы. А по дну океанов струятся холодные реки без берегов - полярные морские течения, несущие жителям морских глубин кислород, который накапливается в воде в то время, когда она была у поверхности моря.

В тех частях океана и в тех морях, над которыми проносятся холодные ветры, вода у поверхности охлаждается, становится плотнее и идёт на дно. Например, в Балтийском море и без всяких течений, идущих с юга на север, кислород попадает на самое дно. Но есть моря, отделённые от океанов узкими проливами, в которые не проникают течения. И в то же время в этих морях, расположенных на юге, вода у поверхности никогда не охлаждается настолько сильно, чтобы «утонуть».

В таких морях в глубоких слоях воды, например в Чёрном море, кислорода почти нет. В нём только поверхностные слои воды богаты кислородом. В центральной части Чёрного моря морские жители могут дышать только в 100-метровом слое воды. А ниже на многие сотни метров простираются безжизненные глубины.

Потрясающие морские пейзажи можно создавать и самому, например, в компьютерной игре Minecraft. Чтобы игра была еще более зрелищной и захватывающей можно установить скины для майнкрафт . Индивидуальный скин поможет вам выделиться в игре, а полученные знания - блеснуть умом среди друзей.