Czy ryba może „utopić się” w wodzie? Naukowcy wyjaśniają paradoks

Od dziecka słyszymy, że ryby czują się w wodzie jak w domu. Rzeczywistość jest bardziej skomplikowana, niż podpowiada intuicja.

Ryba żyje dzięki wodzie, ale w niektórych sytuacjach właśnie w wodzie zaczyna się dusić. Tłumaczymy, jak działają skrzela, kiedy ryby tracą oddech i które gatunki potrafią radzić sobie… poza wodą.

Jak ryby oddychają pod wodą

Ryby nie „wdychają” wody tak jak my powietrza. Oddychają dzięki skrzelom – delikatnym strukturom po bokach głowy, silnie ukrwionym i zbudowanym z wielu cienkich blaszek. Przez usta ryby woda wpływa do jamy gębowej, przepływa przez skrzela, a potem wypływa na zewnątrz.

W tym czasie w skrzelach zachodzi bardzo prosty, ale skuteczny proces: wymiana gazowa. W wodzie jest więcej tlenu niż we krwi ryby, więc tlen sam „przechodzi” do naczyń krwionośnych w skrzelach, a dwutlenek węgla – w przeciwnym kierunku, na zewnątrz.

Przeczytaj również: Dlaczego wiosna zamienia spokojnego kota w ulicznego wojownika

Proces oddychania ryb zależy nie tylko od sprawnych skrzeli, ale przede wszystkim od odpowiedniej ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie.

Tu zaczynają się schody. Wodę łatwo pozbawić tlenu, a wtedy ryba – mimo że zanurzona – przestaje sobie radzić.

Kiedy w wodzie brakuje tlenu

W przeciwieństwie do powietrza, w wodzie mieści się stosunkowo niewielka ilość tlenu. Każda zmiana środowiska szybko odbija się na organizmach, które tam żyją. Kilka czynników jest szczególnie groźnych:

Przeczytaj również: Nowe dane: intensywne rolnictwo przyspiesza znikanie ptaków z naszych pól

• eutrofizacja – przeżyźnienie wody przez nawozy spływające z pól i zanieczyszczenia komunalne,
• zakwity glonów – masowy rozrost glonów, których rozkład „zjada” tlen,
• susza i niski poziom wody – mniej wody to mniej miejsca dla tlenu,
• wysoka temperatura – ciepła woda gorzej rozpuszcza tlen.

Tak powstają tak zwane „martwe strefy” – fragmenty jezior, rzek lub mórz, gdzie zawartość tlenu spada tak nisko, że życie staje się praktycznie niemożliwe. Ryby albo uciekają, albo giną masowo, unosząc się potem na powierzchni wody.

Czy ryba może się utopić?

Z punktu widzenia definicji, utonięcie oznacza śmierć przez zanurzenie w cieczy. Ryba żyje zanurzona cały czas, więc biologowie zazwyczaj mówią, że ryba nie tonie – ona się dusi. Efekt końcowy jest podobny: organizm przestaje otrzymywać tlen.

Przeczytaj również: Który pies jest najinteligentniejszy? Naukowcy wskazali zaskakującego lidera

Część gatunków potrzebuje stałego ruchu, by przeżyć. Woda musi nieustannie przepływać przez skrzela, inaczej wymiana gazowa zatrzymuje się. Typowy przykład to wiele gatunków rekinów. Gdy przestaną pływać, po prostu nie są w stanie „przepchnąć” wody przez skrzela.

Rekin bez płetw, wyrzucony z powrotem do morza, nie potrafi pływać i w konsekwencji dusi się w wodzie, choć otacza go jej ogromna ilość.

Dlatego odcinanie płetw rekinom na potrzeby zupy z płetwy rekina jest tak drastyczne – zwierzę żyje jeszcze chwilę, ale bez ruchu traci możliwość oddychania.

Gdy skrzela przestają działać

Ryba może też zacząć się dusić, gdy sama struktura skrzeli zostanie uszkodzona. Do takich sytuacji dochodzi na przykład, gdy:

• ryba zahaczy się o haczyk lub inne ostre elementy sprzętu wędkarskiego,
• ucieka przed drapieżnikiem i odnosi poważne rany,
• dochodzi do infekcji bakteryjnych lub pasożytniczych w obrębie skrzeli.

Wystarczy, że blaszki skrzelowe się sklejają lub pokrywają śluzem i osadami – tlen nie ma jak przedostać się do krwi. Z zewnątrz często widać wtedy, jak ryba szybciej porusza pokrywami skrzelowymi i nerwowo podpływa do powierzchni.

Ryby, które „pompą” oddychają w bezruchu

Nie wszystkie gatunki są skazane na ciągły ruch. U wielu ryb aparat skrzelowy działa jak pompa. Mięśnie jamy gębowej i gardła aktywnie zasysają wodę przez usta i wypychają ją na skrzela. Dzięki temu część gatunków może spoczywać na dnie lub wśród roślin.

Do takich zwierząt należą między innymi rekiny pielęgnice, liczne gatunki płaszczek i ryb chrzęstnoszkieletowych zamieszkujących dno. Tego typu adaptacja ułatwia oszczędzanie energii oraz podchodzenie do ofiary z zasadzki.

Czy ryby mogą oddychać poza wodą?

Klasyczna ryba, wyjęta na brzeg, bardzo szybko traci możliwość oddychania. Delikatne, „piórkowate” skrzela natychmiast się sklejają, gdy obleje je cienka warstwa śluzu i woda odparuje. Wymiana gazowa praktycznie ustaje i ryba się dusi.

Istnieją jednak wyjątki, które świetnie pokazują, jak pomysłowa bywa ewolucja.

Olbrzym z Amazonki, który „łyka” powietrze

Arapaima z Ameryki Południowej to jeden z największych słodkowodnych drapieżników na Ziemi. Może osiągać nawet trzy metry długości. Jej skrzela są niewielkie, za to pęcherz pławny przekształcił się w organ, który pobiera tlen z powietrza. Ryba regularnie podpływa do tafli, wystawia pysk i nabiera powietrze niczym nurkowie przed zanurzeniem.

Dzięki temu potrafi wytrzymać poza wodą nawet całą dobę, o ile otoczenie pozostaje wilgotne i ciało nie wysycha. W naturalnych warunkach pomaga jej to przetrwać w jeziorach i rozlewiskach, gdzie poziom tlenu w wodzie spada bardzo nisko.

Ryby z płucami, które przeczekują suszę

Jeszcze dalej poszły tzw. ryby dwudyszne, zwane też rybami płucodysznych. To żywe skamieniałości, które pojawiły się około 400 milionów lat temu. Dziś żyją w Afryce, Australii i Ameryce Południowej, w rzekach oraz jeziorach o niestabilnym poziomie wody.

Ich pęcherz pławny przekształcił się w parę prymitywnych płuc. Kiedy woda ma mało tlenu, ryba podpływa do powierzchni i zaczerpuje powietrze jak mały krokodyl. W czasie suszy potrafi zagrzebać się w błocie, otoczyć śluzową „kokonową” osłoną i przejść w stan uśpienia. W takim trybie przetrwa długie miesiące, aż ponownie pojawi się woda.

Ryby dwudyszne pokazują, jak niewielka zmiana w budowie narządu wypornościowego może otworzyć drogę do życia między wodą a lądem.

Jak oddychają ssaki i gady morskie

Wieloryby, delfiny, foki czy żółwie morskie to zupełnie inna historia niż ryby. Oddychają płucami i muszą regularnie wracać na powierzchnię, żeby nabrać powietrza. Za każdym razem wykonują szybki wdech przez nozdrza znajdujące się na szczycie głowy lub tuż przy niej.

Mimo tej „zależności od powierzchni” potrafią przebywać pod wodą zaskakująco długo. Pomagają im w tym trzy główne mechanizmy:

• wysokie stężenie mioglobiny w mięśniach, dzięki czemu przechowują tam dużo tlenu,
• większa niż u człowieka liczba czerwonych krwinek, co ułatwia transport tlenu,
• spowolnienie pracy serca w czasie nurkowania i ograniczenie dopływu krwi do mniej ważnych narządów.

Niektóre gatunki, jak kaszaloty, mają płuca zdolne do całkowitego zapadania się, co ogranicza ryzyko uszkodzenia przez wysokie ciśnienie w głębinach. Żółwie morskie i krokodyle zmniejszają tempo przemiany materii, co redukuje ich zapotrzebowanie na tlen, więc mogą dłużej pozostać pod wodą.

Najbardziej imponujący rekord należy do wieloryba z grupy waleń z dziobem Cuviera. Naukowcy zarejestrowali u niego nurkowanie trwające trzy godziny i 42 minuty bez wynurzenia na oddech.

Co z tego wynika dla nas

Świadomość, że ryba może się dusić w wodzie, zmienia sposób patrzenia na jeziora i rzeki, które mijamy na co dzień. Z pozoru spokojna tafla może kryć dramatyczny spadek poziomu tlenu. Masowe śnięcia ryb po upałach, burzach czy zrzutach ścieków nie biorą się znikąd.

Dla wędkarzy, właścicieli przydomowych oczek czy osób dbających o akweny rekreacyjne wiedza o tlenie rozpuszczonym w wodzie to praktyczne narzędzie. Napowietrzanie stawów, ograniczanie użycia nawozów w pobliżu wód, obserwacja temperatury i poziomu wody – wszystko to realnie zmniejsza ryzyko, że ryby przestaną oddychać mimo otaczającej je wody.

Zrozumienie mechanizmów oddychania u ryb i innych mieszkańców mórz pokazuje też, jak wrażliwe są ekosystemy wodne na presję człowieka i zmiany klimatu. Gdy temperatura rośnie, a do rzek trafia coraz więcej zanieczyszczeń, granica między „wystarczy tlenu” a „zaczyna się duszenie” staje się bardzo cienka – i dla wielu gatunków może być kwestią kilku upalnych dni.