Почему рыбы не тонут и как они дышат

У семги и форели два спинных плавника: один снабжен мягкими лучами, а второй, расположенный позади, представляет собой небольшую жирную складку без лучей. Называемая жировым плавником, эта складка может прояснить некоторые неясности, связанные со словом "форель" (Речь идет о неясностях в английских названиях. В русской ихтиологической литературе форель - это жилая, не выходящая в море, форма кумжи (Salmo trutta), радужная форель - жилая форма стальноголового лосося (S. gairdneri); жилая форма атлантического лосося (S. salar) называется пресноводным лососем, а проходная - семгой. - Ред.). В соленой воде единственная настоящая форель (Salmo) - это усеянная черными пятнами Salmo salar, широко известная под названием "атлантический" или "прыгающий" лосось. Морская форель - это водящаяся в океане группа крупных, с вкусным мясом рыб, ходящих стаями, куда входят желтоперый тунец, циносцион, морской барабанщик, корвина и тотуана (Из многих рыб, называемых на английком языке "морской форелью" (sea trout), к лососевым рыбам относятся только кумжа (чаще всего brown trout) и голец Salvelinus alpinus (также red trout, а чаще - arctic charr). - Ред.). У всех у них отсутствует жировой плавник, имеются колючие плавники и расположенные под подбородком брюшные плавники.

Все настоящие лососи водятся в северной части Тихого океана. К этой группе, известной под названием Oncorhynchus, или "крючконосы", относятся тихоокеанская стальноголовая форель (Автор называет стальноголового лосося форелью, как и другие виды рода Salmo, к которому он относится (а не к Oncorhynchus). В ихтиологической литературе на английском языке форелью называют также лососевых рыб из рода Salvelinus - S. fontinalis (brook trout), S. namaycush (lake trout) и др. - Ред.), чавыча, кижуч, горбуша, кета и нерка.

Все лососи и большинство форелей, которые могут отыскать свободный выход в море, - анадромные рыбы, а это означает, что они рождаются в пресной воде, мигрируют в море, где достигают зрелого возраста, а затем возвращаются в родные места для нереста. Тихоокеанские лососи после первого же нереста гибнут. Большая часть особей Salmo salar и стальноголовой форели также гибнет после икрометания, но некоторые экземпляры нерестятся два, три, а иногда и большее количество раз.

Способность таких рыб, как лосось, переходить из плотной соленой воды в более легкую пресную воду и обратно, не погружаясь на дно и не всплывая на поверхность, обычно воспринимается как нечто само собою разумеющееся. Между тем, чтобы не утонуть, такие рыбы должны, подобно людям, постоянно плыть или же иметь наполненный газом плавательный пузырь. Этот пузырь, расположенный между желудком и хребтом, наполнен легким газом и действует наподобие воздушного шара. Когда рыба опускается ниже, увеличившееся давление, сдавливая пузырь, уменьшает его объем и рыба становится тяжелее. Когда рыба плывет вверх, то плавательный пузырь расширяется, и рыба становится легче. Рыба увеличивает или уменьшает объем газа до тех пор, пока вес ее не оказывается равным весу воды на нужной ей глубине. Это свойство позволяет, например, лососю часами висеть неподвижно близ поверхности воды, заглатывая пищу, приносимую течением. Без плавательного пузыря рыба утонула бы, поскольку ее мясо и кости тяжелее воды. По словам зоолога Уля Ланхэма, плавательный пузырь "превращает грузную массу мяса и костей в невесомый корабль, парящий в воде". Однако у вас не должно создасться впечатление, будто рыбы то и дело поднимаются и опускаются, наполняя или опоражнивая пузырь, точно подводная лодка - балластные цистерны. Точнее сказать, поплавок этот представляет собой приспособление, реагирующее на перемену давления не мгновенно, а в течение нескольких дней (Обычно это происходит гораздо быстрее - все зависит от того, насколько сильно меняется давление и как устроен плавательный пузырь. У закрытопузырных рыб он не сообщается с внешней средой - газы то выделяются в пузырь из крови, то поглощаются ею. Процессы эти идут довольно медленно, но тонкий контроль за объемом газов осуществляется быстро, путем сокращения или расслабления мышц, заключенных в стенках плавательного пузыря. Открытопузырные рыбы (сельдь и многие другие) могут выпускать излишек газов через особый проток или протоки, а также наполнять пузырь, поднимаясь к поверхности и заглатывая воздух. У многих видов рыб мальки в первый раз наполняют плавательный пузырь только таким путем, и даже у закрытопузырных рыб он в это время еще снабжен протоком. - Ред.).

Большинство придонных рыб утратило плавательный пузырь из-за отсутствия необходимости в таком органе. У некоторых глубоководных рыб газ находится под таким давлением, что для хранения его близ поверхности понадобился бы толстостенный стальной баллон. Однако эти существа не разрываются на части, поскольку огромное давление воды на подобной глубине уравновешивается давлением газа в пузыре. Если такая рыба всплывет или будет вытащена слишком быстро, она не успеет выпустить газ с такой же скоростью, с какой будет изменяться давление. Вследствие этого разбухший пузырь раздавит внутренние органы или вытолкнет желудок ее изо рта. Треска, мерланг и хек, вытаскиваемые тралом с глубины всего 40 метров, почти всегда появляются на поверхности уже мертвыми (Это явное преувеличение. Мечение трески, поднятой с гораздо больших глубин, практикуется очень широко и вполне успешно. Другое дело морские окуни (подсемейство Sebastinae), особенно чувствительные к переменам давления, - трал поднимает их изуродованными. Однако даже такая рыба, с выпученными глазами и вывернутым через рот желудком, иногда долго еще бьется на палубе; тем не менее она обречена, и выпускать ее обратно в море бессмысленно. И треска, и морской окунь - рыбы закрытопузырные, но на перепады давления они реагируют по-разному, так как различаются по свойствам крови, связанным с поглощением и выделением газов. - Ред.).

Многие полагают, что рыбы свободно перемещаются с одной глубины на другую; на самом же деле передвижение их по вертикали подчас ограничено узким слоем, в пределах которого они могут регулировать наполнение плавательного пузыря. Если же рыба покинет пределы зоны, к которой она приспособлена, то она или тотчас лопнет и погибнет, или ей разорвет внутренности, или она "упадет" брюхом вверх в сторону поверхности (Рыбы с плавательным пузырем тяжелее переносят резкое снижение давления, чем рыбы беспузырные, из-за кессонной болезни, которая не ограничивается одним лишь раздуванием пузыря. У рыб, вынужденных быстро передвигаться по вертикали, плавательный пузырь обычно уменьшается, исчезает или заполняется жиром: постоянные "склады" жира могут иметься также в печени или других местах. Широко используется еще один способ снижения удельного веса - повышенное содержание воды в тканях. - Ред.).

Газ, находящийся в пузыре, представляет собой смесь кислорода и азота, иногда в той же самой пропорции, что и в воздухе (Кроме кислорода и азота в эту смесь иногда входит углекислый газ, и в немалых дозах. У разных видов рыб состав ее различен, даже у одной и той же рыбы он может сильно изменяться по мере поступления газов из крови и по мере поглощения их кровью. - Ред.). Этот Газ (Или это просто-напросто заглоченный воздух. - Ред.) извлекается из воды посредством жабер во время обычного дыхательного процесса и переносится кровью в плавательный пузырь.

Вы можете хорошенько разглядеть рыбьи жабры. Приподняв плоские твердые жаберные крышки по обеим сторонам "шеи", вы увидите перекрывающие друг друга веерообразные ряды жаберных лепестков (Их не следует путать с жаберными тычинками. - Ред.) - красных складок кожи, прикрепленных к костям между жаберными отверстиями. Красный их цвет объясняется наличием множества крохотных кровеносных сосудов, покрытых чрезвычайно тонкими перепонками. Эти перепонки задерживают воду, но пропускают кислород, который проникает в кровь, проходящую через жабры. В то же время отработанный углекислый газ выбрасывается в море. Иными словами, действие жабер в значительной мере сходно с работой легких.

Рыбы прокачивают воду через жабры, попеременно то сжимая, то раздувая жаберные крышки. Отдав в кровь кислород и взяв углекислый газ, вода вытекает через жаберные крышки.

Обратно в жабры попасть она не может благодаря складкам кожи, действующим как предохранительные клапаны.

Иногда вместе с водой в рот попадают мелкие организмы. Когда они забивают жаберные отверстия, рыба задыхается.

Отдельные экземпляры морских окуней, например Promicrops lanceolatus (Из семейства Serranidae. Русское название "морские окуни" относится также к рыбам из подсемейства Sebastinae семейства скорпеновых и к терпугам (семейство Hexagrammidae). Работа над утверждением официальных, твердо установленных русских названий рыб, которые устранили бы подробную путаницу, еще только начата. Подробнее см. "О названиях рыб" "Природа", № 8, 1964. - Ред.), весят до 540 килограммов и достигают почти 4 метров в длину. Однажды туземец, нырявший за жемчугом у северных берегов Австралии, был проглочен огромным морским окунем. Но ныряльщику чудом удалось спастись, выбравшись через жаберные отверстия. Похожий случай произошел у Ки-Уэста, когда крупный окунь заглотил по пояс ныряльщика. Искусанный ныряльщик заколол хищника ножом и выбрался на поверхность весь исцарапанный.

Люди столетиями мечтали научиться жить под водой и дышать, как рыбы. В июле 1964 года 4 водолаза ВМФ США по проекту "Силэб" ("Морская лаборатория") провели 11 суток под водой, находясь в стальной камере диаметром 12 метров, опущенной на дно моря близ Бермудских островов. Они работали там, удаляясь от камеры. Один из них, капитан-лейтенант Роберт Томпсон, настолько привык к жизни на глубине 60 метров, что ему даже снилось, будто он может дышать водой. "Мои сны, - рассказывал он, - были настолько правдоподобны, что каждое утро я просыпался с намерением попробовать сделать это". Однажды, когда он отдыхал на коралловом рифе, его обуяло непреодолимое желание сорвать с себя маску и вдохнуть воду. К счастью, он удержался от этого.

В том же году мечта Томпсона оказалась близкой к осуществлению: доктор Уолтер Л. Робб, инженер-химик, изобрел искусственные жабры, с помощью которых хомяк мог дышать под водой. Жабры эти изготовлены из чрезвычайно тонкой (0,0025 миллиметра) резиновой мембраны. Она была натянута на рамку и в виде клетки опущена под воду. Похожая на тончайший газ мембрана позволяла молекулам кислорода и азота, растворенным в воде, просачиваться внутрь достаточно быстро, обеспечивая зверьку жизнь и безопасность. Выдыхаемый углекислый газ удалялся довольно быстро, так что животному не грозила опасность задохнуться. Внутрь просачивались также и молекулы воды, но гораздо медленнее, чем газы. Соли, растворенные в воде, внутрь не проникали, так как их молекулы слишком велики, поэтому вода была пресной. Хомяк имел в своем распоряжении "воздух" и питье и как ни в чем не бывало жевал пищу и крутил "беличье колесо".

Этот успешный эксперимент наводит на мысль о поистине фантастических возможностях его использования. Один наделенный богатым воображением редактор оповестил своих читателей о том, что искусственные жабры представляют собой разрешение проблемы перенаселения, и нарисовал картину "поселений под волнами моря". Но, прежде чем это произойдет, надо разрешить ряд других проблем. Кроме вполне очевидных проблем питания и удаления нечистот, человеку, весящему в среднем 80 килограммов, требуется гораздо больше кислорода, чем хомяку весом 85 граммов или даже 80-килограммовой рыбе. Одним из способов получения его может быть мембрана гораздо большей площади. Доктор Робб и его коллеги работают в настоящее время над созданием компактных портативных "жабер", изготовленных из 5,5 квадратного метра сверхтончайшей резиновой пленки, - приспособлением, которое, возможно, приблизит тот день, когда значительную часть своей жизни люди станут проводить под поверхностью моря.