Все представители ихтиофауны – хладнокровные животные, поэтому температура их тела всегда равна температуре окружающей среды. Тем не менее, они тоже имеют замкнутую кровеносную систему, состоящую из сосудов и мышечного органа – сердца. В чём же секрет внутреннего строения рыб?
Анатомия кровеносной системы
Несмотря на схожий образ жизни и строение рыб их кровеносная система не всегда одинакова. Так, у костных и хрящевых немного по-разному работает сердце, а у двоякодышащих есть дополнительный круг кровообращения. Тем не менее, в большинстве особенностей эти животные схожи.
Есть ли у рыб сердце?
Каждое из этих хладнокровных животных имеет сердце. Конечно, оно устроено иначе, чем у человека и других млекопитающих, но в целом выполняет такие же функции. В первую очередь это – циркуляция крови и насыщение организма кислородом. Этот орган отсутствует только у примитивных существ, например, амёб, кишечнополостных, плоских, круглых и кольчатых червей.
Эволюционное развитие
Согласно исследованиям биологов, именно у рыб впервые среди всех живых организмов появилось сердце в качестве полноценного функционирующего органа. У бесчерепных был лишь пульсирующий сосуд, у ланцетников также отсутствовало сердце, зато сама система кровообращения стала замкнутой.
Сегодня подобное развитие можно увидеть на стадии онтогенеза, ведь у зародышей рыб есть только сосуд, который к концу инкубационного периода переформировывается в сердечную мышцу.
Кровеносная система рыб стала замкнутой, то есть с тех пор кровь перемещалась исключительно по сосудам, а сердце поделилось на две камеры, снабжённые клапанным аппаратом и сердечной сумкой. Этот момент стал важнейшим промежуточным этапом дальнейшего развития эволюционной цепи.
Спустя время животные стали выходить на сушу, и тогда им потребовался более сложный орган, сопряжённый с лёгочным дыханием.
Ещё в древние времена лопастепёрые рыбы обзавелись дополнительным органом дыхания, в котором основную роль играют плавательные пузыри, неполная сердечная перегородка и второй круг кровообращения. Исследователи выделают в их строении зачатки третьей сердечной камеры. Некоторые представители этой уникальной группы живут на Земле и сегодня.
У соседей рыб по среде обитания – головоногих – миллионы лет назад появилось жаберное сердце. Это особые расширения, создающие пульсацию на пути жаберных вен, по которым идёт венозная кровь. Число таких сердец всегда соответствует количеству жабр. У осьминогов, каракатиц и кальмаров их два, у наутилусов – четыре.
Сколько камер в сердце у рыб?
Строение сердца у рыб включает две камеры. Первая – тонкостенное предсердие. Именно в этот отдел кровь попадает в первую очередь. Затем она проталкивается во вторую камеру, выполняющую роль толстостенного желудочка. В движение она приводится благодаря венозной пазухе (мешочку с тонкими мускульными стенками) и аортальному конусу (пульсирующая мускулистая часть с клапанами на внутренней поверхности). Иногда их условно называют третьей и четвёртой камерами, что, конечно, не делает похожим сердце рыб на млекопитающих и птиц.
Четыре перечисленных элемента расположены в организме подводных животных нелинейно: они образуют S-образное образование, где аорта и желудочек находятся снизу, а вена и предсердие – сверху.
Это интересно: Рыбы имеют очень маленькое сердце: в среднем оно занимает лишь 1%, тогда как у млекопитающих объём достигает 4,7%, а у птиц до 16%.
Местоположение сердца
Так как кровоток тесно связан с дыхательной системой, сердце у рыб расположено в передней части тела – в околосердечной сумке (у миног – в хрящевой капсуле). Эта наружная оболочка отгораживает его от других органов и не даёт мышце смещаться в условиях постоянного сокращения. Сам мешочек крепится за последней парой жаберных дуг рыб, которые выполняют функцию опоры дыхательного аппарата.
Круг кровообращения
Главное отличие рыб от высших живых существ – наличие лишь одного круга кровообращения. Тем не менее, внутри этой группы есть исключение в виде двоякодышащих рыб, которые в процессе эволюции приобрели дополнительный круг, так как у них появилась возможность брать кислород из воздуха.
Какая кровь в сердце рыбы?
В организме представителей ихтиофауны течёт венозная и артериальная кровь. Отдав кислород органам, венозная кровь через печень поступает в сердце, и оттуда – к жаберным лепесткам, чтобы вновь насытиться жизненно важным газом. Обогащённая кислородом кровь называется артериальной – именно она идёт в спинную аорту и оттуда распространяется по мелким сосудам в другие органы.
Это интересно: на данный момент у рыб выявлено четырнадцать групп крови.
Цвет артериальной крови у рыб – ярко-красный, венозной – тёмно-вишнёвый. Оттенок дают эритроциты, имеющие овальную форму (в отличие от человеческой дисковидной) и ядро. Кроме них в крови содержатся:
- Плазма – бесцветная жидкость, переносящая клетки крови;
- Гемоглобин – белок, переносящий кислород в эритроцитах;
- Лейкоциты – белые тельца, защищающие организм от патогенов и оказывающие помощь в пищеварительной системе рыб;
- Тромбоциты – клетки, обеспечивающие целостность сосудов путём свёртывания жидкости;
В целом, химический состав крови рыб не особо отличается от позвоночных: в него включены органические и неорганические элементы, продукты обмена. А вот процент соотношения жидкой ткани к массе рыбы среди живых существ самый маленький – от 2 до 7%.
Создавать кровь может широкий круг органов: жабры, слизистая кишечника, почки, селезёнка, лимфоидный орган, находящийся в черепе, и сердце рыбы. Роль посредника между кровью и тканями в теле рыб играет лимфатическая система – совокупность сосудов с прозрачной жидкостью (лимфой).
Механизм кровообращения
В сравнении с человеком, рыбы имеют очень простую систему кровообращения, которая состоит из пяти основных элементов:
- Сердца с двумя камерами;
- Брюшной аорты;
- Спинной аорты;
- Артерий и капилляров;
- Вен;
Это интересно: у костных рыб в камерах нет клапанов, тогда как сердце хрящевых рыб (акул и скатов) их достаточно много. Благодаря им животные не испытывают сильное пульсовое давление, которое способно повредить тонкостенные жабры. На самом деле акула это рыба или животное?
Функции сердца
Двухкамерное сердце неспособно отделять венозную кровь от артериальной, поэтому через него проходит только неоксигенированная жидкая ткань. У рыб орган выполняет в первую очередь функцию «насоса», который помогает крови циркулировать, и уже в жабрах обогащаться кислородом. Распределение полезных веществ и газа происходит по капиллярной сети – также с помощью сердечных сокращений.
Направление кровообращения
Жидкая ткань транспортируется по кровеносной системе только в одном направлении – начиная с венозного синуса и заканчивая артериальным конусом. Односторонний ток обеспечивается клапанами, которыми разделены камеры сердца рыб.
У костистых рыб, к которым относятся большинство видов, необогащённая, но очищенная от токсинов венозная кровь через луковицу аорты перетекает в брюшную аорту. Затем она по четырём специальным каналам – приносящим артериям – переходит в жабры, где происходит газообмен: в кровь проникает кислород, а в окружающую среду – диоксид углерода.
Из выносящих жаберных артерий жидкая ткань поступает в наджаберные сосуды: они образуют головной круг по дну черепа и снабжают веществами мозг у рыб и другие важные органы головы. Далее сосуды формируют спинную аорту, расположенную под позвоночником: от неё отходят более мелкие артерии и капилляры, которые несут кислород к внутренним органам, мышцам, коже. Оттуда кровь по капиллярам возвращается в вены.
Кардинальные вены ведут к сердцу, где их концы соединяются и формируют кювьеровы протоки, входящие в венозный синус – часть сердечной мышцы. Передняя вена ведёт ток из головных органов нервной системы рыб. Из задней части туловища исходит хвостовая вена: она пролегает в гемальном канале прямо под артерией.
В районе почек она вена разделяется на пару воротных вен. После фильтрации кровь по задним кардинальным венам идёт к сердцу, захватывая по пути эритроциты из половой системы. Все токи вливаются в венозный синус, чтобы оттуда вновь начать перекачку к жабрам. Токсины из почек выводятся по выделительной системе рыб.
Фильтрацией крови в организме рыбы кроме почек занимается печень. Воротные вены печени забирают жидкую ткань из желудочно-кишечного тракта, селезёнки и пищеварительных желез, а также особого органа – плавательного пузыря. Уже очищенная кровь выходит по капиллярам в парные печёночные вены и движется в сторону сердца.
Это интересно: у некоторых рыб (например, окуня, карпа и щуки) правая почечная воротная вена недоразвита, поэтому орган не может выполнять в полной мере функцию очистки.
Существуют виды, у которых в строении системы есть значительные отклонения. Так, у круглоротых вместо пары четырёх по семь приносящих и выносящих артерий, непарный наджаберный сосуд, а воротная система почек и кювьеровы протоки вовсе отсутствуют. В печени пролегает лишь одна вена.
У хрящевых – пять приносящих артерий в жабрах, а выносящих – в два раза больше. Кроме перечисленных у них имеются подключичные сосуды, снабжающие грудные плавники и плечевые мышцы, и боковые – в брюшной полости.
Особым строением отличаются уже упомянутые двоякодышащие. Оксигенированная кровь концентрируется в левой части сердца, и уже оттуда по паре жаберных артерий поступает в мозг рыбы, органы головы и спинную аорту. Венозная, сосредоточенная в правой половине, уходит через пару задних артерий и через жабры перетекает в «лёгкие» – плавательные пузыри.
Когда эти животные дышат на поверхности воды, кровь насыщается в воздушных мешочках и уходит по лёгочным венам в левые камеры. Дополнительно в организме двоякодышащих сформировались брюшная и кожная вены.
Важно: капилляры – микроскопические сосуды, которые благодаря тонким стенкам максимально быстро переносят питательные вещества и кислород в клетки органов. Промежуточная часть между капиллярами и венами называется венулами.
Ритм сердца
Сокращение сердечной мышцы происходит с определённой частотой, скорость которой зависит от множества факторов:
- Биологических особенностях вида;
- Возраста;
- Состояния здоровья;
- Температуры окружающей среды;
- Дыхательных движений;
Так, у взрослых карпов частота сердечных сокращений равняется в среднем 20-35 ударам в минуту, что достаточно медленно для рыб. Особенно в сравнении с молодью осетра, ЧСС которых доходит до 150 ударов.
Наиболее значимым фактором является температура. Как только вода становится холоднее – сердце рыб начинает стучать всё медленней. В зимней спячке у леща сердце сокращается до одного удара в минуту.
Основная задача ЧСС – поддержание определённого объёма кровотока, соответствующего внутренним и внешним обстоятельствам.
Электрические свойства сердца
Импульсы в сердечной мышце возникают не просто так. В движения её приводят кардиомиоциты – особые клетки органа, испускающие электрические импульсы. По строению и функционалу они близки к миоцитам млекопитающих.
В покое кардиомиоциты костистых и пластинчатожаберных равняется -70 мВ, у миксин – около -50 мВ. На максимальном уровне потенциала величина меняется с -50 мВ до +15 мВ. В момент деполяризации мембраны в организме возбуждаются каналы, по которым ионы натрия и кальция проникают внутрь моицитов. В этот момент сердце переходит в стадию рефрактерности – возбудимость падает, состояние клеток приходит к нейтральному уровню. В среднем эта фаза у рыб продолжается около 0,15 секунд.
Последующая реполяризация мембран происходит благодаря выбросу ионов калия из клетки. После чего калиевые каналы закрываются, натриевые – наоборот. Так потенциал кардиомиоцитов возвращается к -50 мВ.
У рыб миоциты сосредоточены в конкретных частях сердечной мышцы и вместе они образуют проводящую систему. Как у человека и других млекопитающих, инициирование систолы у рыб происходит у синатриальном узле. А вот функцию пейсмейкера (синусно-предсердного узла) у рыб выполняют все элементы проводящей системы: центр ушкового канала и узел в атриовентрикулярной перегородке.
Важно: скорость достижения возбуждения в клетке у рыб ниже, чем у высших животных, причём она разнится и в рамках органа одной особи.
