Двоякодышащие рыбы (dipnoi). Реферат: Двоякодышащие рыбы Двоякодышащие и кистеперые рыбы

Рыбы-жабы и рыбы-мичманы

Включает 11 семейств, в 3-х из которых (Protopteridae, Lepidosirenidae и Ceratodontiformes) есть дожившие до наших дней рыбы. Двоякодышащие рыбы являются современниками кистеперых . Известны со среднего девона , были многочисленны до пермского периода. Современные двоякодышащие представлены 6 видами, объединенными в 2 отряда. Обитают в пресных тропических водах Африки, Америки и Австралии, адаптированы к жизни в пересыхающих водоемах. Помимо жабр, имеют легкие, сформированные из плавательного пузыря и сходные по строению с легкими наземных позвоночных.

Строение систем и органов у них изменено в связи с легочным дыханием. Артериальный конус частично разделен и напоминает тот же отдел у земноводных , которые во взрослом состоянии дышат только легкими. Зубы двоякодышащих в связи со специализированным питанием растительностью и беспозвоночными имеют форму пластин. Вероятно, двоякодышащие могли быть боковой ветвью кистеперых. Ряд ученых предполагает, что именно двоякодышащие были общим предком всех наземных позвоночных, и предлагают выделить их в отдельный подкласс или даже класс.

У двулегочникообразных, отряд Lepidosireniformes, два легких, соединенных с пищеводом, имеют карманы и альвеолы , повышающие внутреннюю поверхность. Тело удлиненное, чешуя мелкая, погружена вглубь кожи. Парные плавники жгутовидные. Во время засухи (до 9 месяцев) полностью переходят на легочное дыхание и впадают в спячку. В отряд входят семейства Protopteridae и Lepidosirenidae и 4 вида африканских протоптеров и 1 вид южноамериканского чешуйчатника.

Протоптеры различаются ареалами, окраской, рядом анатомических особенностей и размерами: Protopterus amphibius 30 см длиной, P. aethiopicus - 2 м. Питаются беспозвоночными и рыбами. Наиболее активны ночью. При приближении засухи протоптеры роют норы, выгрызая кусочки грунта, измельчая их челюстями и выбрасывая через жаберные крышки. Круглый в сечении ход имеет диаметр 5-70 мм и уходит вертикально вниз. На глубине 50 см ход расширяется, образуя «спальную» камеру, где, свернувшись почти вдвое, протоптер пережидает засушливый период. Перед тем как впасть в спячку, он закупоривает вход колпачком из глины и покрывается тонким коконом из затвердевшей слизи. Во время спячки протоптер теряет до 20% массы, причем использует в качестве источника энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности, мышечные ткани. Эта энергия расходуется не только на выживание, но и на созревание гонад .

С наступлением периода дождей протоптер готовится к нересту - роет на мелководье выводковую нору, имеющую два входа. Выводковая камера располагается на глубине 40 см. Охрану кладки и заботу о потомстве проявляет самец. В месячном возрасте личинки длиной 30-35 мм покидают гнездо.

Чешуйчатник, или лепидосирен (Lepidosiren paradoxa), обитает в центральной части Южной Америки. Длина тела 130 см. От протоптеров отличается более вытянутым телом, более редуцированными парными плавниками, более мелкой и глубже сидящей в коже чешуей и тем, что во время спячки расходует жир. В отличие от протоптеров, которые нерестятся на дно выводковой камеры, чешуйчатник делает подстилку из кусочков растительности. Успешно содержится в аквариумах.

Отряд рогозубообразных, или однолегочникообразных (Ceratodontiformes), представляет единственный современный вид - рогозуб, или баррамунда (Neoceratodus forsteri). Обитает в медленных, заросших растительностью реках северо-востока Австралии. Длина 175 см, масса 10 кг. Их вытянутое, сжатое с боков тело покрыто крупной чешуей и оканчивается дифицеркальным хвостовым плавником. В отличие от двулегочниковых имеет одно легкое, парные плавники более мощные, ластообразные, и неокостеневшую хрящевую черепную коробку. В поисках пищи (донных животных и растений) он ползает по дну, опираясь на плавники. Плавает при необходимости быстро, изгибая тело. Через каждые 40-60 мин поднимается к поверхности воды за порцией воздуха. Выдох и вдох сопровождаются громким всхлипом. В период засухи, когда реки Австралии наполняются жидкой грязью, рогозуб полностью переходит на легочное дыхание. Однако полное пересыхание водоема для него опасно, так как он не впадает в спячку.

Размножение с ранней весны до поздней осени. Гнезд не строит, икру откладывает на водную растительность и заботы о ней не проявляет. Икринки 7 мм в диаметре содержат большое количество желтка и окружены студенистой оболочкой. Развитие икры в течение 1, 5 недели. У новорожденных рогозубов нет парных плавников; грудные появляются через две недели, брюшные - через 2, 5 месяца.

До наших дней дожило шесть видов двоякодышащих рыб. Из них четыре вида семейства протоптерусов, или чешуйчатников, обитают в Африке. Это большой протоптер, малый протоптер, бурый протоптер, темный протоптер.

В течение очень долгого времени двоякодышащие рыбы были известны только по их окаменелым остаткам, пока в 1835 году не обнаружили бурого протоптера, который был найден в Гамбии Томасом Вейром.

В свое время считалось, что легкие двоякодышащих рыб развились из плавательного пузыря. Однако в настоящее время большинство ученых склоняются к противоположному взгляду. Австралийская двоякодышащая рыба живет только в воде, у нее всего одно легкое (все другие имеют два), а ее жабры полностью функциональны. Обычно протоптеры в большей степени зависят от атмосферного воздуха и просто утонут, если как-нибудь помешать им дышать атмосферным воздухом. Такое может случиться, например, на мелководье, когда рыба не может достать поверхности под углом, необходимым для дыхания.

Когда протоптеры плавают, они напоминают по движению угрей, но при перемещении по дну больше походят на тритонов. Строение плавников тоже указывает на их близость к амфибиям, да и икринки протоптеров больше похожи на икру амфибий, чем рыб. Их может быть до пяти тысяч, откладываются они в начале дождливого сезона. У личинок четыре пары наружных жабр. В течение приблизительно месяца они питаются за счет желточного мешка - в это время личинки прикреплены к стенкам нерестовой камеры и охраняются самцом. Затем они покидают гнездо и переходят к активному питанию, теряя при этом одну пару наружных жабр. Две или три пары жабр могут сохраняться в течение многих месяцев, а у малого протоптера сохраняются все три пары до тех пор, пока малек не достигнет размеров взрослой особи.

Двоякодышащие предпочитают жить в водах заболоченных районов, подверженных ежегодным затоплениям. Они хорошо переносят сухие сезоны, которые пагубны для других водных животных этих же самых мест.

К особенностям этих рыб нужно прежде всего причислить способ их спячки. Устроив нору (в ней протоптер проводит засушливый сезон), он выделяет слизь, которая обволакивает его плотным коконом - остается лишь небольшое отверстие у рта. Тело рыбы в коконе перегнуто пополам, голова направлена вверх, и хвост покрывает рыло. В отличие от других животных, которые в периоды спячки существуют за счет накопленных жиров, двоякодышащие живут, расходуя мышечную ткань. Почки при спячке функционируют, выводя продукты распада и отделяя мочевину от телесных жидкостей, так что вода может использоваться снова и снова.

Мы все привыкли к тому, что рыбы должны жить только в воде, а сухопутные животные, на суше. Все это так, но не совсем. Природа очень изобретательна. Она смогла создать двоякодышащих существ, которые прекрасно себя чувствуют как в воде, так и на суше. Давайте рассмотрим простой пример, который касается жизни некоторых рыб в период Африканской засухи. В это время площадь водоемов здесь уменьшается на треть. Таким, например, является озеро Чад. Казалось бы, все рыбы, запертые в высыхающих лужах, непременно должны погибнуть, но этого не происходит. Они зарываются в глиняные капсулы и прекрасно себя там чувствуют.

Секрет такой выносливости довольно прост. Протоптерус, так называют эту рыбу, является двоякодышащей. Кроме жабр у него есть подобие легких, с помощью которых он может дышать атмосферным воздухом. По сути, это несколько измененный плавательный пузырь, густо оплетенный кровеносными сосудами. Наполняясь воздухом, он отдает кислород в кровь.

Ученые зоологи смогли обнаружить у протоптеруса два круга кровообращения. По одному движется венозная кровь, которая поступает в правую часть сердца. Насыщенная же кислородом кровь (легочная) направляется в левый сердечный желудочек. Она питает кислородом голову и основные органы рыбы. Венозная же кровь, от правого сердечного желудочка, направляется в легкие, где обогащается кислородом.

Двоякодышащие рыбы представлены шестью видами. Самыми популярными являются: австралийский рогозуб, африканский протоптерус, американский чешуйчатник. Все они являются пресноводными рыбами.

На северо-востоке Австралии можно встретить австралийского рогозуба. Рыба довольно крупная. Вес взрослой особи достигает 10 килограммов. Его тело покрыто рядом крупных чешуек и имеет мощные, похожие на ласты плавники. Цвет однотонный, от коричневого, до серо-голубого. Брюхо практически белое.

Живет рогозуб в пресных водоемах, с большим количеством растительности. Постоянно находиться под водой он не может, и поэтому каждые полчаса всплывает, и жадно глотает ртом воздух, издавая при этом характерные звуки. Пополнив запас кислорода, он снова ныряет на глубину.

На дне рогозуб неподвижно «стоит», опираясь на массивные плавники. Во время охоты медленно «ходит» или «ползает», пытаясь найти беспозвоночных. Особую активность проявляет лишь при возникновении опасности. В этом случае он пускает в ход свой мощный хвост и быстро уплывает от хищника.

В период засухи рогозуб находит яму с остатками воды и зарывается в ил. Кислорода там, как мы понимаем, практически нет, что приводит к гибели обычных речных обитателей. Рогозуб же, благодаря своему легочному дыханию, умудряется выжить. Хотя, если лужа высохнет полностью, то рогозуба также ждет смерть.

С наступлением сезона дождей у рогозуба начинается нерест. Самка откладывает в водную растительность крупные икринки, которые внешне напоминают икру лягушек. На 10 сутки из них вылупятся личинки, у которых нет наружных жаберных щелей. В течение первой недели они малоподвижны. Плавники у них появляются только на 14 день. С этого времени они начинают вести себя более активно, а к полноценной жизни будут готовы к концу третьего месяца.

Общая характеристика двоякодышащих. Жаберные области прикрыты жаберными крышками. В хрящевом скелете развиваются покровные кости (в области черепа). Хвост дифицеркальный (см. ниже). В кишечнике имеется спиральный клапан. Артериальный конус в виде извитой спиралью трубки. Плавательный пузырь отсутствует. Помимо жаберного, существует легочное . Этим признаком Dipnoi резко отличаются от остальных рыб.

Систематика. К этому подклассу принадлежат два отряда двоякодышащих рыб: 1) однолегочные и 2) двулегочные.

К первому отряду (Monopneumones) относится австралийский чешуйчатник, или цератод (Neoceratodus forsteri), распространенный в пресных водах Квинсленда (рис, А).

Цератод-самая крупная из современных двоякодышащих рыб, достигающая длины от 1 до 2 м.

Общее строение цератода. Вальковатое, сжатое с боков тело цератода заканчивается дифицеркальным хвостовым плавником, который разделяется позвоночным столбом на две почти равные половины: верхнюю и нижнюю.

Кожа одета крупной круглой (циклоидной) чешуей (без зазубренного заднего края).

Рот помещается на нижней стороне головы у переднего конца рыла; наружные носовые отверстия прикрыты верхней губой; пара внутренних отверстий (х о а н) открывается в переднюю часть ротовой полости. Наличие внутренних носовых отверстий стоит в связи с двояким дыханием (легочным и жаберным).

Строение парных конечностей замечательно: каждая конечность имеет вид заостряющегося к концу ласта.

Рис . Череп цератода сверху (левый рисунок) и снизу (правый рисунок).

1-хрящевая часть квадратной кости, с которой сочленяется нижняя челюсть; 2, 3, 4 -покровные кости крыши черепа; 5 -ноздри; 6 -глазница; 7 -praeoperculum; 8 - II ребро; 9 - I ребро; 10-сошниковая пластинка; 11-зубы; 12-palatopterygoideum; 13-парасфеноид; 14-interoperculum.

Скелет

Позвоночник представлен постоянной хордой совершенно не разделенной на отдельные позвонки. Сегментация выражена здесь лишь наличием хрящевых верхних отростков и хрящевых ребер.

Череп (рис.) имеет широкое основание (платибазальный тип) и состоит почти сплошь из хряща. В затылочной области отмечаются два небольших окостенения; сверху череп прикрыт несколькими поверхностными костями; снизу имеется одна большая кость, соответствующая парасфеноиду костистых рыб (рис. , 13). Небноквадратный хрящ пристает к черепу (ауто стилическое соединение). Боковые части черепа с каждой стороны прикрыты височными костями (squamosum = pteroti cum; рис. 2 , 5). Жаберная крышка представлена двумя костями. Жаберные лучина хрящевых жаберных дужках отсутствуют. Плечевой пояс (рис. 2) состоит из толстого хряща, который облечен парой покровных костей. Скелет парных плавников слагается из основной оси, состоящей из ряда хрящиков, и хрящевых лучей, которые с каждой стороны поддерживают лопасти плавника (рис. 2 , 13). Такое строение конечности называется бисериальным. Гегенбаур полагает, что наиболее простым типом структуры конечностей надо считать скелетную ось, несущую два ряда лучей. Такую конечность этот автор называет архиптеригиумом и от нее производит конечности наземных позвоночных. По типу архиптеригиума построены парные плавники цератода.

Рис. 2 . Скелет цератода сбоку.

1,2, 3-покровные кости крыши черепа; 4-задняя хрящевая часть черепа; 5 -pterotjcum (squamosum); 6-operculum; 7-suborbitale; 8-глазница; 9 -плечевой пояс; 10-проксимальный хрящ грудного плавника; 11-грудной плавник; 12-тазовый пояс; 13-брюшной плавник; 14-осевой скелет; 15-хвостовой плавник.

И. И. Шмальгаузен (1915) допускает, что подобный активно гибкий с редуцированным кожным скелетом плавник цератода развился вследствие медленного передвижения и отчасти плавания в сильно заросших пресных водах.

Органы пищеварения двоякодышащих рыб

Из характерных особенностей чешуйчатника обращают на себя особое внимание его зубы. Каждый зуб представляет собой пластинку, выпуклый край которой обращен внутрь; зуб несет 6-7 острых вершин, направленных вперед. Таких зубов две пары: одна-на крыше ротовой полости, другая-на нижней челюсти. Едва ли может быть сомнение, что подобные сложные зубы произошли вследствие слияния отдельных простых конических зубов (рис., 11).

Во всю длину кишки тянется спи-ральный клапан, похожий на клапан, имеющийся у поперечноротых рыб.

Дыхание двоякодышащих рыб

Помимо жабер, у неоцератода имеется одиночное легкое, внутри разделенное на ряд камер с ячеистыми стенками. Легкое расположено на спинной стороне тела, но сообщается с пищеводом посредством канала, открывающегося на брюшной части пищевода.

Легкие неоцератода (и других двоякодышащих) как по своему положению, так и по структуре близки к плавательному пузырю высших рыб. У многих высших рыб внутренние стенки плавательного пузыря гладкие, а у двоякодышащих - ячеистые. Однако в отношении этого признака известны многочисленные переходы. Так, например, плавательный пузырь костных ганоидов (Lepidosteus, Amiа,) имеет ячеистые внутренние стенки. Повидимому, можно определенно считать, что легкие Dipnoi и плавательный пузырь высших рыб-органы гомологические.

К легкому подходят легочные артерии, а от него идут легочные вены; таким образом, оно исполняет дыхательную функцию, аналогичную лаковой у наземных позвоночных.

Кровообращение

С двойным дыханием цератода связаны характерные особенности его кровообращения. В структуре сердца обращает на себя внимание наличие на брюшной стенке предсердия перегородки, не сполна разделяющей полость предсердия на правую и левую половину. Эта перегородка вдается в венозный синус и делит его отверстие, направленное в полость предсердия, на две части. В отверстии, соединяющем предсердие с желудочком, нет клапанов, но перегородка между предсердием свисает в полость желудочка и частично прикрепляется к его стенкам. Все это сложное строение обусловливает особенности функции сердца: при сокращении предсердия и желудочка неполная перегородка прижимается к стенкам и на мгновение изолирует правые половины как предсердия, так и желудочка. Для отделения кровяного тока правой и левой половин сердца служит также своеобразное строение артериального конуса. Он спирально закручен и несет восемь поперечных клапанов, при помощи которых формируется продольная перегородка в артериальном конусе. Она отделяет левый брюшной проток конуса, по которому проходит артериальная , от правого спинного, по которому течет венозная .

Ознакомившись со структурой сердца, легко понять последовательность в механизме кровообращения. Из легочной вены в левую часть предсердия и желудочка поступает артериальная , идущая в брюшной отдел артериального конуса. От конуса берут начало четыре пары жаберных сосудов (рис 3). Две передние пары начинаются от брюшной стороны конуса, и потому принимают чистую артериальную кровь. От этих дуг отдходят сонные артерии, подающие чистую артериальную кровь к голове (рис. 3 , 10, 11). Две задние пары жаберных сосудов связаны со спинной частью конуса и несут венозную кровь: от задней пиры ответвляются легочные артерии, подающие венозную кровь для окисления в легкие.

Рис. 3 . Схема артериальных дуг цератода с брюшной стороны.

I, II, III, IV, V, VI-артериальные дуги; 7-жабры; 8-выносящая артерия; 10- внутренняя сонная артерия; 11 - наружная сонная артерия; 17-спинная аорта; 19-легочная артерия; 24-внутренностная артерия.

В правую половину сердца (в правый отдел венозного синуса, предсердия, а затем в желудочек) поступает вся венозная кровь, которая через протоки Кювье и через нижнюю полую вену (см. дальше) попадает в .

Эта венозная кровь направляется в правый спинной венозный проток, в конус аорты. Далее венозная кровь поступает в жабры, а также в легочную артерию. Тело цератода, его внутренние органы (кроме головного отдела) получают кровь, окисленную в жабрах; в головной отдел, как было указано выше, поступает кровь, получившая более энергичное окисление в легких. Несмотря на , что предсердие и желудочек вполне разделены на правую и левую половины, благодаря ряду описанных приспособлений, достигается изоляция чистого артериального потока крови к голове (через передние пары сосудов, отходящих от артериального конуса, и через сонные артерии).

В дополнение к сделанному очерку укажем, что в венозной системе характерно появление нижней полой вены, впадающей в венозный синус. Этот сосуд отсутствует у других рыб. Кроме того, развивается особая брюшная вена, также подходящая к венозному синусу. Брюшной вены нет у других рыб, но она хорошо развита у амфибий.

Нервная система

Для центральной нервной системы характерно сильное развитие переднего мозга; средний мозг относительно невелик, довольно мал.

Мочеполовые органы

Почки представляют первичную почку (mesonephros); три пары канальцев предпочки функционируют только у зародыша. Мочеточники впадают в клоаку. У самок имеются парные яйцеводы в виде двух длинных извилистых трубок, открывающихся своими передними конусами (воронками) в полости тела недалеко от сердца. Нижние концы яйцеводов, или мюллеровских каналов, соединяются на особом сосочке, который открывается непарным отверстием в клоаку.

У самца имеются длинные большие семенники. У неоцератода многочисленные семявыносящие канальцы ведут через первичную почку в вольфов проток, открывающийся в клоаку. Отметим, что у самцов хорошо развиты яйцеводы (мюллеров ы протоки).

У остальных двоякодышащих имеются некоторые отличия в структуре мужских половых органов по сравнению с описанными у неоцератода. Так, у Lepido-siren семявыносящие канальцы (по 5-6 с каждой стороны) проходят только через задние почечные канальцы в общий вольфов проток. У Protopterus один задний каналец, имеющийся в наличии, вполне обособился от почки и приобрел характер самостоятельного выводного пути.

Экология . Цератод довольно обыкновенен в болотистых медленно текущих реках. Это малоподвижная вялая рыба, легко попадающаяся преследующему ее человеку. По временам цератод поднимается на поверхность, чтобы набрать воздух в легкие. Воздух втягивается с характерным звуком, напоминающим стон. Этот звук хорошо слышен тихой ночью, особенно если быть в это время на воде в лодке. Легочное является целесообразным приспособлением в период засухи, когда водоем превращается в болото: в время много других рыб погибает, а чешуйчатник чувствует себя, повидимому, очень хорошо: в это время легочное выручает рыбу.

Необходимо отметить, что преобладающий способ дыхания у описываемого вида жаберный; в этом отношении он ближе к прочим рыбам, чем другие представители двоякодышащих. Весь год он живет в воде. Извлеченный из своей естественной среды на воздух цератод быстро погибает.

Пища состоит из мелкой животной добычи-рачков, червей, моллюсков.

Нерест с апреля по ноябрь. Яйца, окруженные студенистыми оболочками, откладываются между водными растениями.

Личинка цератода лишена наружных жабер. Интересно, что зубы не сливаются в характерные пластинки, а состоят из отдельных острых зубчиков.

Статья на тему Двоякодышащие рыбы