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

Choć od dzieciństwa wpaja się nam, że ryba w wodzie jest całkowicie bezpieczna, biologia rysuje znacznie bardziej skomplikowany obraz. Granica między swobodnym bytowaniem a gwałtowną śmiercią z braku tlenu jest w rzeczywistości niezwykle cienka i zależna od wielu czynników zewnętrznych. W dobie postępujących zmian klimatycznych nasze rzeki i jeziora stają się areną cichego dramatu, w którym zwierzęta wodne paradoksalnie tracą możliwość oddychania we własnym domu.

Od dziecka słyszymy, że ryby w wodzie czują się jak w domu.

Tymczasem biolodzy pokazują, że granica między spokojnym pływaniem a śmiercią z braku tlenu bywa bardzo cienka.

Ryby oddychają inaczej niż my, ale są tak samo zależne od tlenu. Jeśli w wodzie zaczyna go brakować albo ich delikatne skrzela zostają uszkodzone, te zwierzęta dosłownie duszą się w swoim naturalnym środowisku. To nie tylko ciekawostka, ale też ważny sygnał, w jakim stanie są rzeki, jeziora i oceany.

Jak naprawdę oddycha ryba

Zamiast płuc ryby mają skrzela, umieszczone po bokach głowy. Woda wpływa do jamy gębowej, przepływa przez cienkie listewki skrzelowe, gęsto oplecione naczyniami krwionośnymi, a rozpuszczony w wodzie tlen przenika do krwi.

Ten proces nazywa się oddychaniem skrzelowym i opiera się na prostym zjawisku fizycznym: tlen przemieszcza się z miejsca, gdzie jest go więcej, do miejsca, gdzie jest go mniej. W wodzie jest go więcej niż we krwi ryby, więc cząsteczki tlenu naturalnie „przeskakują” do naczyń w skrzelach, a dwutlenek węgla – w odwrotnym kierunku.

Żeby ryba mogła żyć, woda musi stale obmywać skrzela i zawierać odpowiednio dużo tlenu. Gdy któryś z tych warunków przestaje być spełniony, zaczynają się problemy.

Problem w tym, że tlen w wodzie wcale nie jest dany raz na zawsze. Jego ilość zależy od wielu czynników: temperatury, ilości roślin i glonów, zanieczyszczeń, tempa przepływu. Wystarczy, że kilka z nich zmieni się na niekorzyść i ryby trafiają w skrajnie trudne warunki oddechowe.

Gdy tlen znika: eutrofizacja, upały i „martwe strefy”

Jednym z najgroźniejszych zjawisk jest tak zwana eutrofizacja, czyli nadmierne „przekarmienie” zbiorników wodnych związkami azotu i fosforu. Te substancje trafiają do rzek i jezior przede wszystkim z:

• nawożonych pól (spływ po deszczu),
• nieoczyszczonych lub słabo oczyszczonych ścieków,
• niektórych zakładów przemysłowych.

Dla glonów to wymarzona sytuacja – namnażają się błyskawicznie, tworząc zielone kożuchy na powierzchni wody. Gdy te masy glonów zaczynają obumierać, bakterie rozkładające martwą materię zużywają ogromne ilości tlenu. W efekcie powstają tzw. martwe strefy, gdzie zawartość tlenu spada niemal do zera, a większość ryb zwyczajnie nie jest w stanie przeżyć.

Do tego dochodzą coraz częstsze fale upałów. Ciepła woda zatrzymuje mniej tlenu niż zimna, dlatego w gorące, bezwietrzne dni ryby w płytkich stawach czy wolno płynących rzekach narażone są na gwałtowne niedotlenienie. Widać to często na zdjęciach z masowego śnięcia ryb po długotrwałej suszy.

Czy ryba może się „utopić”?

Jeśli trzymać się ścisłej definicji, utonięcie oznacza śmierć po zanurzeniu w cieczy u organizmu, który normalnie oddycha powietrzem. W tym sensie ryba nie tonie, bo od początku żyje w wodzie. Biolodzy mówią więc raczej o uduszeniu lub asfiksji.

Ryba nie musi wypłynąć na powierzchnię, żeby umrzeć z braku tlenu. Może się dusić, będąc cały czas otoczona wodą.

Przyczyny takiego stanu mogą być bardzo różne. Część gatunków, na przykład liczne rekiny, musi pływać bez przerwy, aby woda stale przepływała przez skrzela. Gdy takie zwierzę traci płetwy, zostaje uwięzione w sieci lub jest zbyt osłabione, by się poruszać, przestaje wymieniać gazy w skrzelach i w końcu się dusi.

To tłumaczy, dlaczego rekin pozbawiony płetw – wyrzucony żywy z powrotem do morza – praktycznie nie ma szans na przeżycie. Nie może pływać, więc nie przepompowuje wody przez skrzela. Po godzinach bólu umiera z braku tlenu, choć jest zanurzony w idealnie natlenionym oceanie.

Kiedy skrzela zawodzą

Duszenie ryb nie wynika tylko z jakości wody czy braku ruchu. Bardzo ważny jest też stan samych skrzeli. To niezwykle delikatne struktury, które łatwo uszkodzić. Zdarza się to np. podczas kontaktu z haczykiem, siatką, ostrymi skałami, a także podczas ataku drapieżnika.

Do gry wchodzą również choroby. Niektóre bakterie i pasożyty osiedlają się właśnie na skrzelach, tworzą na nich naloty i warstwy śluzu. Zajęta w ten sposób powierzchnia nie może już przeprowadzać wymiany gazowej tak sprawnie, jak u zdrowej ryby. Zwierzę oddycha coraz ciężej, wypływa ku powierzchni, szuka miejsc z lepszym dostępem do tlenu – aż w końcu słabnie.

Kto w wodzie oddycha lepiej, a kto gorzej

Nie wszystkie organizmy wodne funkcjonują tak samo. Większość ryb polega w stu procentach na skrzelach i w kontakcie z powietrzem szybko traci zdolność oddychania. Skrzela są wtedy pozbawione podpory w postaci wody, zapadają się i sklejają, przez co powierzchnia wymiany gazowej drastycznie maleje.

Są jednak ciekawe wyjątki. Ogromny arapaima z Amazonii, jeden z największych słodkowodnych drapieżników, ma stosunkowo małe skrzela, za to silnie przekształconą pęcherz pławny. Ten organ działa u niego podobnie jak prymitywne płuco – ryba co jakiś czas podpływa do powierzchni i nabiera powietrza. Dzięki temu potrafi wytrzymać poza wodą nawet dobę, jeśli skóra pozostaje wilgotna.

Jeszcze dalej poszły tzw. ryby dwudyszne, czyli populacje, które obok skrzeli wykształciły prawdziwe płuca. Współcześnie żyje zaledwie kilka gatunków takich stworzeń, w Afryce, Ameryce Południowej i Australii. Oddychają jak amfibia – korzystają i ze skrzeli, i z powietrza atmosferycznego.

Ryba dwudyszna może przetrwać suszę, zakopując się w błocie i oddychając powietrzem, gdy wokół praktycznie nie ma wody.

To pokazuje, jak bardzo natura potrafi „kombinować” z jednym celem: zapewnić dostęp do tlenu, niezależnie od kaprysów klimatu i poziomu wody.

Morskie ssaki i gady: nurkowie na bezdechu

Ryby to jedno, ale w strefie wodnej poruszają się też zwierzęta, które wciąż oddychają wyłącznie powietrzem: wieloryby, delfiny, foki, morsy, żółwie morskie czy krokodyle. Wszystkie muszą regularnie wynurzać się po oddech, a mimo to potrafią spędzić pod wodą wiele godzin.

Kluczem jest tu nie tyle technika oddychania, ile zarządzanie tlenem. Te zwierzęta mają:

• więcej czerwonych krwinek niż człowiek,
• dużo większe stężenie mioglobiny w mięśniach (białko magazynujące tlen),
• zdolność do silnego spowolnienia akcji serca podczas nurkowania,
• mechanizmy ograniczające ukrwienie organów mniej ważnych w trakcie nurkowania.

Kiedy schodzą głęboko, organizm „przestawia się” na tryb oszczędzania. Krew zasila przede wszystkim mózg, serce i mięśnie odpowiedzialne za pływanie. Niektóre gatunki, jak kaszaloty, mają płuca, które przy ogromnym ciśnieniu po prostu się zapadają, dzięki czemu gaz w nich zawarty nie stwarza ryzyka choroby dekompresyjnej.

Imponujące zdolności pokazują też żółwie morskie i krokodyle. Potrafią mocno obniżyć tempo przemiany materii, więc ich organizm zużywa niewiele tlenu. Rekordy nurkowania biją jednak walenie. Zarejestrowano przypadek, gdy pewna zębatka głębinowa – przedstawiciel rodzaju Ziphius – spędziła pod wodą ponad trzy i pół godziny bez zaczerpnięcia powietrza.

Co to oznacza dla rzek i jezior blisko nas

Choć historie o rekinach bez płetw czy wielorybach nurkujących na kilometr w dół wydają się odległe, ten sam tlen decyduje o życiu ryb w lokalnym stawie czy rzece za miastem. Każdy zrzut ścieków, każde przekroczenie norm nawożenia pól, każda kolejna betonowana odnoga rzeki wpływa na to, ile tlenu mogą znaleźć zwierzęta wodne.

Jeśli w upalne lato widzimy martwe ryby przy brzegu, to nie jest „naturalny proces”. W wielu przypadkach to efekt połączenia ludzkiej działalności z ekstremami pogodowymi – mało wody, dużo zanieczyszczeń, wysokie temperatury. Ryby, choć świetnie przystosowane do życia w wodzie, nie są w stanie wygrać z taką kumulacją czynników.

Warto też pamiętać, że nagłe braki tlenu nie zabijają wyłącznie dużych okazów, które zauważymy na powierzchni. Najpierw giną ikra, larwy, najmłodsze roczniki. Straty widać więc z opóźnieniem, w postaci coraz uboższych zarybień i mniejszej różnorodności gatunkowej.

Zrozumienie, że ryba może się realnie dusić w wodzie, zmienia perspektywę na to, jak myślimy o czystości rzek i jezior. Nie chodzi tylko o widoczne śmieci. Kluczowa jest niewidoczna część – chemia, temperatura, ilość glonów i bakterii. Od tego zależy, czy pod taflą wody toczy się bogate życie, czy trwa cicha katastrofa tlenowa.