اگر ماهی را از آب بگیرید ، خیلی زود به علت کمبود اکسیژن می میرد هیچ از خود پرسیده اید که چرا این وضعیت بوقوع می پیوندد ؟
درحالیکه مقدار اکسیژن موجود در حجم معینی از آب تنها یک سیزدهم مقداراکسیژن موجود درهمان حجم ار هوا است پس چرا وقتی در محیط جدید مقداراکسیژن سیزده برابر می شود ، ماهی به علت کمبود اکسیژن می میرد بدون شکاین رویداد پی آمد عدم توانایی ماهی در وفق یابی با محیط تازه است
لذابایستی به بررسی مکانیزمی در بدن ماهی بپردازیم که قادر نیست از اکسیژنغنی هوا استفاده نماید اما می تواند مسئله بزرگ استخراج اکسیژن را که بهمقدار ناچیز در آب وجود دارد برای خود حل نموده و اکسیژن مورد نیاز خود رابه این روش تأمین نماید.
یک ماهی صد گرمی رودخانه ای در حال استراحتحدود ۵ سانتی متر مکعب اکسیژن در ساعت احتیاج دارد ، و وقتی فعالیت عادیخود را شروع نماید سه تا چهار برابر این مقدار اکسیژن نیاز دارد . اگرراندمان مکانیزم تنفسی آن در انتقال اکسیژن صد در صد باشد این ماهی بایستیدر هر دقیقه ۱۵ تا ۳۰ سانتی متر مکعب آب را از سطح تنفسیش عبور دهد تااکسیژن مورد نیاز خود را تأمین نماید.
جابجا کردن چنین مقدار اکسیژنیدر هوا مشکل نیست ، اما در آب کار و فعالیت زیادی را می طلبد زیرا چگالیآب تقریبا هزار برابر هوا ، و غلظت و چسبندگیش هم حدود صد برابر است .
درانسان فقط یک الی دو درصد از اکسیژن دریافتی در ماهیچه ها برای کار شش هامصرف می شود اما در ماهیان این مقدار بسیار بیشتر می باشد از طرفی سرعتانتشار اکسیژن در آب ۳۰۰ هزار برابر آهسته تر از هوا می باشد .
پسچگونه یک ماهی بر این مسائل غامض فائق می آید ؟ مسائلی که بسیار عظیم تراز مسائل تنفسی مهره داران زمینی می باشد . و چرا ماهی در شرایطی بسیارآسان تر برای تنفس در روی زمین می میرد؟
قسمتی از جواب به این سوالاتدر ساختار مکانیزم تنفسی ماهی و طبیعت جریان روی آنها نهفته است آبشش هایماهی از یک سری از صفحات بدقت تقسیم شده تشکیل شده اند که در نتیجه سطحزیادی را برای تماس با آب ایجاد می نمایند و آب در یک جهت از روی آنهاعبور می نماید که این با جریان کشندی در شش پستانداران تفاوت دارد . زمانیکه ماهی از آب بیرون آورده می شود و در معرض هوا قرار می گیرد از دست رفتنپشتیبانی آب همراه با کشش سطحی سبب کوچک شدن شدید سطح آبشش ها می گردد کهنتیجه این عمل در اکثر موارد کاهش شدید دریافت اکسیژن و مرگ خواهد بود .
کلسطح تنفسی در تماس با جریان آب بین ماهیان مختلف متفاوت است و این منطبقبا حجم فعالیت هر گونه ای از ماهیان می باشد . برای مثال در ماهیان بسیارفعال مانند ماهی خال مخالی این سطح بیش از ۱۰۰۰ میلی متر مربع برای هر گرموزن بدن ماهی است که از ده برابر سطح خارجی بدن ماهی بزرگتر است .
برایاندازه گیری راندمان مکانیزم استخراج اکسیژن از آب ، توانایی ماهی را دراستخراج ۸۰ درصد اکسیژن محلول در آبی که از سطوح برانش ماهی عبور می نمایدمورد نظر قرار می دهند درصورتیکه بیشترین راندمان برای یک انسان که بتواندبا ورزش و تنفس شکمی یعنی تنفس از ته ششها که این عمل در ورزش هایی مثلتای چی چوان و یوگا آموزش داده می شود فقط استفاده از ۲۵ درصد اکسیژنموجود در هوا امکان پذیر است .
چنین راندمان بالایی در ماهیان بوسیلهویژگی ضد جریان تأمین می شود . که رابطه ای است بین جریان خون در بدن ماهیو جریان آب و مکانیزم قدرتمند پمپاژی که بطور مستمر آب را از سطوح آبشش درتمام مدت چرخه تنفسی عبور می دهد.
● جریان ضد جریان بین جریان خون و جریان آب
اصولجریان ضد جریان در بسیار از موارد مختلف در بدن جانوران اتفاق می افتذ کهبدین وسیله مبادله مؤثر مواد محلول یا گرما بین دو مایع در جریان بوقوع میپیوندد این چنین سیستمی از گذشته های دور بوسیله مهندسین در مکانیزممبادله گرما کاربرد داشته است کسی که برای اولین با اهمیت این پدیده را درفیزیولوژی حیوانات کشف کرد« ون دام » بود که در سال ۱۹۳۸ چگونگی عمل اینپدیده را در آبشش ماهیان شرح داد .
این پدیده بدین گونه است که وقتیخون در جریان خروجی در آبشش ماهیان که کاملا از اکسیژن تهی شده است باجریان آب پر از اکسیژن برخورد می نماید بر اثر کشش زیادی که در اکسیژن آبوجود دارد ( بسیار بیشتر از خون همجوارش می باشد ) اکسیژن از آب به خونانتقال می یابد .
این راندمان بالا به همین ضد جریان بستگی دارد زیرااگر ما بصورت تجربی جریان آب عبور کننده از آبشش ماهیان را برعکس نماییماستخراج اکسیژن از۵۱ درصد به ۹ درصد کاهش می یابد.
برای راندمان حداکثر، لازم است دو محلول آب و خون با همدیگر تماس نزدیکی را حاصل نمایند وسرعت جریان هر یک نسبت به دیگری تنظیم شود . فاصله ای که در آن اکسیژن آببه گلبول های خون ماهی انتقال می یابد بسیار کوچک است زیرا گلبول های خونماهی تقریبا به نازکی پهنای صفحات برانش ماهیان که در آنها گردش خون و آبصورت می گیرد می باشند .
خارج از این صفحات آب از هر دو طرف عبور مینماید و همچنین رابطه ای بین ضربان قلب ماهی و فرکانس تنفسی ماهی وجوددارد که بصورت یک مکانیزم واکنش دار حجم خون عبور کننده از برانش ها راتنظیم می نماید ضربان قلب معمولا از فرکانس تنفسی آهسته تر می باشد و دربعضی موارد قلب با فازهای ویژه ای از سیکل تنفسی همزمان می شوند.
امااین همواره در کلیه گونه ها روی نمی دهد برای مثال در ماهی قزل آلا فرکانستنفسی با ضربان قلب تقریبا مساوی است و به تدریج این دو فرکانس خارج ازاین نظم می گردند هرچند که قلب تمایل دارد که وقتی دهان ماهی بسته استضربه زند . و در سایر موارد اغلب ضربان قلب از فرکانس تنفسی آهسته تر میباشد .
این چنین مکانیزمی این اطمینان را ایجاد می نماید که هموارهمقدار کافی آب برای تأمین اکسیژن خون ماهی در دسترس باشد و این بسیار مهماست زیرا حجم معینی از خون ماهی می تواند حدود ۱۰ تا ۱۵ برابر مقداراکسیژنی را که همان حجم آب حمل می نماید دریافت کند.
● جریان مستمر از داخل آبشش ها
هنگامیکه یک ماهی نفس می کشد دهانش را باز می کند و آب را وارد دهانش می نماید وبعد از عبور آب از میان آبشش ها از حفره های آبششی به داخل شکافهایی کهوقتی سرپوش آبشش انبساط حاصل کرده و از بدن ماهی فاصله می گیرند ظاهرمیگردند وارد می شوند.
این جریان منقطع که بداخل و خارج سیستم تنفسی ماهیبرقرار است این ایده غلط را می دهد که آب در روی آبشش ها در جریان استشواهد توصیفی حقیقی تر از کار دستگاه تنفسی با ثبت تغییرات فشار در دو طرفآبشش با نشان دهنده های حساس کندانسور مانومتر حاصل گردیده است تجربیاتیکه با سه نوع ماهی آب شیرین انجام گردیده نشان داده اند که بجز یک دورهبسیار کوتاه، همواره فشار داخل حفره دهان از فشار حفره های برانش بیشتراست و لذا این نتیجه حاصل می شود که آب بدون انقطاع از روی برانش ها عبورمی کند و به همین سبب استخراج اکسیژن از آب افزایش می یابد .
اینمکانیزم بوسیله دو پمپ که کمی از فازکارشان با هم متفاوت است ایجاد میگردد در ماهی فعالیت پمپاژ به علت تغییرات درحجم حفره ها که بوسیله عملعضلا ت تولیدمی شود انجام می گردد . البته مکانیزمی که در برانش ها قراردارند بسیار پیچیده تر از این شکل ساده است .
در طی فاز دم حفره دهانانبساط حاصل نموده و آب وارد دهان می شود و همزمان حفره های برانش انبساطحاصل می نمایند اما آب نمی تواند وارد دریچه های خارجی آن شود . زیراپوسته دور لبه خارجی به صورت بک والو عمل می کند.
در طول انبساط حفرهبرانش ، فشار هیدروستاتیک از فشار داخل حفره دهان کمتر می شود و سبب میگردد که آب در طول برانش ها رانده شود در این حالت حفره برانش بصورت پمپمکش عمل می نماید در خلال فاز کم شدن حجم حفره دهان فشار داخل از فشاربیرونی همزمان که دهان شروع به بسته شدن می نماید بیشتر می شود و عملابسته شدن مجرا انجام می گردد حتی در ماهیانی که قادر به بستن دهان خودبطور کامل نمی باشند به علت وجود لوله غشائی نازک که در لبهای بالایی وپائینی ماهی قرار دارند مجرا عملا بسته می شود در خلا ل این فاز افزایشفشار در حفره دهان بیشتر از حفره های برانشی می باشد و آب به عبور ازبرانش ها ادامه می دهد در این حالت حفره دهان بصورت یک پمپ فشار عمل مینماید .
در خلال تقریبا تمام سیکل تنفسی ، همواره فشار اضافی که تمایلدارد آب را وادار به عبور از برانش و از حفره دهان به حفره های برانشنماید وجود دارد .
البته یک دوره بسیار کوتاه نیز وجود دارد که اختلاففشار بر عکس می شود و تمایلی برای ایجاد جریان در جهت عکس بوجود می آید.اما از آنجا که این زمان بسیار کوتاه و اختلاف فشار بسیار کم است تحرک کندآب اجازه ایجاد جریان برعکس را نمی دهد . لذا در این صورت جریان آب مستمریدر روی برانش ها تشکیل می شود که جهت این جریان برعکس جهت جریان خون استلذا درصد بالایی از اکسیژن آب به گلبول های خون انتقال می یابد.
اماشکل جالب توجه مختلفی در این سیستم وجود دارند برای مثال در ماهیانی کهبصورت غالب شناگر می باشند، پمپ دهان بهتر توسعه یافته است . هر چند که دربعضی موارد هیچ یک از دو پمپ کار نمی کند .
این زمانی است که ماهی باشنا تحرکات خود را ایجاد نموده است مثال خوبی در این مورد ماهی خال مخالیاست که اجبار دارد بطور مستمر شنا نماید تا جریان دائمی آب روی برانش هایشبر قرار باشد مثال دیگر کوسه پلنگی می باشد که در خلال شنا پمپ هایش کارنمی کنند اما به محض اینکه بصورت ساکن درآید پمپ ها شروع بکار می نمایند .
ماهیانیکه اغلب یا تمام اوقات خود را در کف دریا سپری می نمایند دارای حفرهبرانشی بزرگتر که با شعاعهای استخوانی اضافی تقویت می شوند می باشند و پمپمکش آنها نیز بهتر تکامل یافته است .
ماهیانی مثل گربه ماهی آمریکائی(bullhead ) ، گورنارد ( gurnard ) ، دراگونت ( dragonet ) ،په لیس (plaice ) و سایر ماهیان پهن از این نوع هستند . برای مثال در ماهی دراگونت(dragonet ) انبسلط حفره های برانشی تدریجی می باشد. لذا یک اختلاف فشارکم ثابت روی برانش ها تشکیل می شود .
در فاز انقباض ،آب از هر دو حفرهحرکت کرده و از دریچه های باریک حفره برانشی خارج می شود . در ماهیان پهنکه مدام روی یک طرف بدن خود قرار می گیرند وقتی در حال استراحت هستند و درکف اقیانوس بصورت مدفون شده در می آیند مسائل دیگر تنفسی ایجاد می گرددبرای مثال برانش ها در هر دو طرف ماهیان په لیس ( plaice ) و کفشک ( sole) توسعه یافته اند و بدون شک آب از هر دو حفره برانشی پمپ می شود .
دراین حالت خطر ورود ماسه کف دریا و آسیب رساندن به برانش ها وجود دارد .لذا در این ماهی در فشار مشتق جریان برعکس نمی شود این بعلت کنترل عاملروی لوله های برانش می باشد که از ورود کمترین جریان نیز جلوگیری می نماید.
لذامنطبق با عادات ماهیان ، ساختار برانش ها متفاوت می باشند . ماهیان کف زیعموما دارای سطوح برانش کوچکتر و مجاری خشن تری می باشند و مجاری ازهزاران سوراخ ریز تشکیل شده اند که در بین تارهای برانش قرار گرفته اند .
دوردیف صفحه ای نازک که در اطراف چهار قوس استخوانی در تمام مسیر در دو طرفماهی انباشته شده اند تشکیل یک شبکه مشبک را می دهد که در تمام دیواره هایحلق ماهی جای دارد .
از آنجائیکه لبه های تارهای برانشی به علت ویژگیانعطافی اسکلت نگهدارنده اش به صورت اریب می باشد همواره لبه ها در تماسیکدیگرند و در نتیجه آب از شکافهایی که بوسیله صفحات تارهای همجوار ایجادشده اند عبور می نماید همین سطوح بالا و پائین تارها در حقیقت سطوح تنفسیرا تشکیل می دهند سقوط همین چین های ثانویه موجب کم شدن سطح مبادله گاز هاو در نتیجه اختناق ماهی که از آب خارج شده است می گردد هر چه این چین هابه یکدیگر نزدیک باشند آنها بهتر یکدیگر را پوشش می دهند برای مثال درماهی خال مخالی ۳۹ تار در میلیمتر ، و در شاه ماهی ۳۳ تار در میلیمتر میباشد .
در ماهیانی که حوالی سواحل زندگی می نمایند و تحت تأثیر جریاناتکشندی قرار می گیرند ، مانند گاو ماهیان ، چین های ثانویه خیلی فاصله دارهستند و ۱۵ رشته در میلیمتر است . انواع گونه های مختلف با توجه به تحتتأثیر قرار گرفتن در آبهای ساحلی دارای ساختار متفاوت می باشند .
شبکههایی که بوسیله برانش ها ایجاد گردیده اند بسیار باریک می باشند با یکنگاه به نظر می رسد که ابعاد بسیار کوچک این شبکه ها اجازه عبور آب کافیبا اختلاف فشار تنها یک سه هزارم اتمسفر را ( که در بسیاری از گونه هاوجود دارد ) ندهند . اما تعداد سوراخ ها آنقدر زیاد است که آب کافی راعبور می دهند
برای مثال در یک ماهی آب شیرین ۱۳۰ گرمی تعداد این سوراخها به ۲۵۰ هزار می رسد در سرعت های بالای جریان آب مقداری آب از بین لبهتارها قرار می نماید اما در حالت استراحت ماهی کل جریان برابر جریانی استکه از سوراخ ها عبور می نماید .
مقاومت سوراخهای برانش در تمام وضعیتهای فعالیت ماهی یکسان نیست . بلکه متناسب با فعالیت ، انعطاف پذیر میگردد. فیلمبرداری از مارماهیان جوان نشان داده است که فاز مشخصی در چرخهتنفسی وجود دارد و آن زمانی است که لبه های رشته ها از هم باز می شوند واجازه افزایش مدار کوتاه جریان را می دهند در خلال فعالیت پمپاژ ، فرآیندتحت الشعاع برانش در مقابل بار افزایش اختلاف فشار می باشد .
تماس بینلبه های تارها بوسیله انعطاف پذیری شعاع های برانش برقرار می گردد و هیچقدرت ماهیچه ای برای مجزا کردن آنها وجود ندارد . انقباض عضلات وقتی فعالمی شوند که ماهی تحرکات سرفه ای انجام می دهد در این وضعیت شیب فشار برعکسشده و برعکس شدن جریان آب موجب تمیز شدن برانش ها می گردد.
● تنفس پوستی در آب :
دربعضی از ماهیان ، مقداری از تبادل گاز در محیط آبی ، از طریق پوست صورت میگیرد . انتشار از طریق پوست نقش مهمی در تنفس ماهیان در مرحله نوزادی دارد. برای مثال در نوزاد ماهیان سین برانچی فورم(مونوپتروس آلبوس) جنوب شرقیآسیا ، قبل از تکامل آبشش ها تنفس از طریق شبکه مویرگی تنفسی وسیع که درستدر زیر سطوح بافت پوششی باله میانی ، باله سینه ای و کیسه زرده قرار دارد، صورت می گیرد .
ذکر این نکته جالب توجه است که این ماهی ، آب بشتریرا به سمت سطح عقب بدن به گردش در می آورد . این در حالی است که جهت جریانخون ، از سمت عقب به جلو بدن است . بدین ترتیب جریان متقابل حاصل از آنبرای بهینه کردن جذب اکسیژن در هنگام کاهش اکسیژن آب ، موءثر واقع می شود .
وجودتنفس پوستی به میزان قابل ملاحظه ، در تعدادی از ماهیان بالغ ثبت و اندازهگیری شده است . اندازه گیری میزان تنفس پوستی در شش گونه ماهی استخوانی آبشیرین نشان داد که عمدتا" ، تنها نیاز پوست به اکسیژن ازاین طریق تأمینشده است . بنابراین ،در ماهی کاراس ، سوف زرد ، قزل آلای جویباری و قزلآلای قهوه ای پوست ، عامل تبادل اکسیژن مورد نیاز برای سایر بافتها نیست .فقط در ماهی بول هد سیاه فاقد فلس (ایکتاروس ملاس )، پوست به عنوان یکاندام کوچک تنفسی عمل می کند و در حدود ۵% نیاز به اکسیژن را فراهم میسازد. همچنین در ماهی پهن دریایی(پلورونکتس پلاتسا)، انتشار اکسیژن ازطریق پوست ، با مصرف اکسیژن توسط این اندام مطابقت دارد.
● نتیجه گیری:
آنچه گفته شد مختصر و ناچیزی از مکانیزم تنفسی ماهی می باشد . هنوز مسائلمتعددی در مورد چگونگی ارتباط جریان آب و خون در طول برانش ها و چگونگیاستخراج اکسیژن از آب وجود دارند که بایستی بررسی شوند ،بویژه در رویگونه های مختلف ماهیان و بایستی تحت شرایط متفاوت گونه های مختلفی را موردبررسی قرار داد همچون مسائل متعددی که بوسیله جانورشناسان تحت بررسی است .
وناشناخته های فیزیکی و فیزیولوژیک هر روز روشنتر می گردد. دانش تاریخ وساختار طبیعی حیوانات هر روز گسترده تر می شود . به امید روزی که بشربتواند از این شاهکارهای خلقت خداوند کپی صنعتی تهیه نموده و برای مثال باتهیه دستگاهی برای غواصان که همچون برانش ماهیان بتواند اکسیژن را از آباستخراج نماید محیط ناسازگار زیر دریا را با طبیعت انسان سازگاری دهد وانسان بتواند بهتر از آن بهره برداری نماید



وبلاگ پرورش ماهی
[برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید برای عضویت در سایت بر روی اینجا کلیک بکنید]۴.blogsky.com