Всім відомо, хоча б з пригодницьких і військових кінофільмів, як маневрує на глибині підводний човен. У неї є спеціальні цистерни, куди можна закачувати забортну воду або витісняти її стисненим повітрям. Більше води - човен важчає і занурюється глибше, більше повітря - спливає.
Приблизно так само роблять і багато риби. Тільки цистерна у них еластична, яка змінює свій обсяг - це плавальний міхур, що лежить в черевній порожнині. Ви напевно його бачили, якщо коли-небудь спостерігали, як чистять свіжу рибу.
Малюнок: Sharon High School. commons.wikimedia.org.wiki
Типова риба приблизно на 5% важча за воду. Якщо вона не буде докладати зусиль, то опуститься на дно. Плавальний міхур зрівнює питому вагу риби з питомою вагою води, що дозволяє рибі висіти нерухомо, що не спливаючи і не опускаючись. А щоб не набагато змінити глибину, досить злегка підробляти плавниками. Регулювати глибину, зрозуміло, треба і на ходу. Фізіологи визначили, що плавальний міхур, підтримуючи плавучість при невеликій швидкості, економить рибі до 60% зусиль, а при швидкому русі - більш 5%. До речі, людина при неглибокому диханні має той же питома вага, що і вода, а зробивши глибокий вдих, він стає легше води. Так що потонути нам не так-то легко.
В еволюції плавальний міхур виник з кишечника. Частина стравоходу або шлунка відокремилася і стала служити не для харчування, а для регуляції питомої ваги риби. На цьому етапі еволюції знаходиться, наприклад, піщана акула: у неї немає плавального міхура, але частина шлунка відокремлена у вигляді кишені, в який акула заковтує трохи повітря, щоб не тонути.
У піщаної акули (сімейство Odontaspididae) немає плавального міхура. Його роль виконує відособлена частина шлунка. Фото: Richard Ling / Wikimedia Commons / CC-BY-SA-2.0.
У деяких риб (наприклад, лососевих, оселедців, коропів) між плавальним міхуром і стравоходом залишився вузький канал. Вони можуть, виринувши на поверхню, заковтнути в міхур повітря, що дозволить залишатися в верхніх шарах водойми. Якщо треба зануритися глибше, риба може трохи видихнути.
Короп (Cyprinus carpio carpio) може заковтнути трохи повітря, виринувши на поверхню, і він потрапить в плавальний міхур із стравоходу по вузькому каналу. Фото Сергія Горланова
У інших риб (тріскових, окуневих, хека) міхур абсолютно замкнутий і відокремлений від кишечника. Для того щоб поддуть або злегка спустити його, потрібен насос. Насоса у таких риб навіть два, і розташовані вони в самому міхурі. Особлива заліза за допомогою хитрого біохімічного механізму забирає гази з крові (а туди вони потрапляють через зябра з води - адже у воді навіть на великій глибині розчинені гази повітря) і виводить їх в міхур. З протилежного боку міхура є ділянка, пронизаний кровоносними судинами. Через них гази при необхідності переносяться назад в кров. Обидва процеси йдуть досить повільно.
У окуня морського (Sebastes sp.), Як, втім, і у річкового, міхур замкнутий і повністю відділений від кишечника. Фото: jovibor
А навіщо рибам взагалі міняти глибину? Перш за все, в гонитві за їжею, наприклад планктоном, який то спливає, то занурюється. Ще - щоб сховатися від хижаків, що чекають на певній глибині. Деякі види спливають або занурюються для нересту, а поза періодом розмноження живуть на іншій глибині.
Нарешті, у багатьох риб плавального міхура зовсім немає. Це донні види, наприклад камбала, які тихенько плавають у дна і збирають з нього їжу. Плавального міхура немає у хрящових риб - акул і скатів. Можливо, тому, що їх скелет, що складається з хрящів, легше кісткового скелета інших риб. Обходяться без міхура і швидко плаваючі хижі риби, наприклад тунець, скумбрія атлантична (її швидкість в кидку досягає 77 км / ч). Потужна мускулатура цих хижаків дозволяє їм швидко змінювати глибину і чинити опір занурення. Але вивести якесь загальне правило - у кого і чому міхур є, а у кого немає - досить важко. З двох близькоспоріднених видів з подібним способом життя один може не мати міхура, в іншого він цілком розвинений.
У риб є і інші способи знизити питому вагу, щоб не тонути. Наприклад, накопичувати жир, адже він легше води. Так, у одного з видів акул печінку на 75% складається з жиру (у ссавців в печінці 5% жиру). Інший варіант - за рахунок активної роботи нирок позбавлятися від важких солей в крові та інших рідинах всередині тіла. Недарма моряки, що зазнали аварії, якщо в шлюпці скінчився запас прісної води, п'ють сік, вичавлений з морських риб: він майже прісний.
Але якщо якийсь орган у живого організму є, треба використовувати його якомога ширше, щоб даремно не простоював. Деякі риби видають за допомогою свого міхура звуки, інші використовують його як резонатор для підвищення чутливості слуху. Пузир може служити датчиком глибини: при спливанні його обсяг збільшується, при зануренні зменшується, і нервові закінчення це відчувають. Нарешті, повітря з міхура риба може використовувати як запас для дихання при спринтерському ривку.
І ось що цікаво: з плавального міхура риб виникли легкі наземних хребетних, в тому числі людини.