Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Л. Краусс
«Страх физики». Глава из книги


Т. Пичугина
Как увидеть тень черной дыры


Интервью с В. Сурдиным
Полет на Луну — это командировка на неделю


А. Акопян
Как ищут тёмную материю


И. Акулич
Идеальный почтовый индекс


А. Бердников
Интерференция в домашних условиях. Плёнки и антиплёнки


Интервью с Л. Марголисом
Леонид Марголис: «Мне всегда было интересно, как клетки разговаривают друг с другом»


А. Иванов
Сибирь и Северная Америка были единым целым более миллиарда лет назад


П. Амнуэль
Одиночество во Вселенной


Р. Фишман
Детективы каменного века







Главная / Новости науки версия для печати

Солнечные рыбы подогревают себя изнутри


<b>Рис. 1.</b> Красноперый опах

Рис. 1. Эта красивая крупная рыба — обыкновенный, или красноперый, опах, или, по-другому, солнечная рыба, — обитает на глубинах 200–400 м, ниже термоклина, охотится на некрупных рыб и кальмаров. Ее скоростные качества обеспечиваются эффективным метаболизмом. Фото с сайта petethomasoutdoors.com

Американские специалисты измерили температуру мышечной ткани солнечной рыбы, обитательницы холодных глубин. Как выяснилось, температура мышц и головного отдела поддерживается на относительно постоянном уровне и в среднем на 3–4°C выше, чем у окружающей воды. У этих рыб выработались необычные анатомические особенности, помогающие им не терять тепло. В результате рыбы способны сохранять высокую метаболическую активность мышечных тканей и сердца даже в холодных водах ниже термоклина, что превращает их в высокоскоростных хищников.

Всем известно, что рыбы — холоднокровные животные, в обиходе это устоявшийся штамп. Специалист, между тем, почесав затылок, задумчиво возразит: «В принципе, это так, но с некоторыми исключениями...». Он имеет в виду некоторых рыб, которые умеют поддерживать повышенную температуру в отдельных частях своего тела. Например, у сельдевых акул (к ним относится и страшная белая акула) и тунцов повышена температура мышц, обслуживающих, в частности, движения хвоста — основного их двигателя. У меч-рыб и их родичей марлинов и парусников подогревается область глаз и мозг. Таких «частично теплокровных» рыб насчитывается примерно 0,1% от общего рыбьего разнообразия. Тут речь не идет об общей теплокровности: рыбам в воде практически невозможно поддерживать повышенную температуру во всем теле, ведь вода обладает очень высокой теплоемкостью — всё выработанное телом тепло быстро уходит в воду. Теплокровным водным млекопитающим, чтобы справиться с этой проблемой, пришлось изобретать специальную мощную теплоизоляцию. Рыбам это не удалось.

Тем интереснее пример частичной теплокровности у красноперого опаха (рис. 1), которого называют также солнечной рыбой (Lampris guttatus). Это крупные, больше метра длиной и весом около 50 кг, красивые высокотелые рыбы. Их чешуя покрыта особым слоем гуанина, который серебристо переливается радужными оттенками, да еще украшена белыми круглыми пятнами — всё это очень впечатляет. Ярко-красные плавники придают солнечным рыбам еще более нарядный вид. Двигаются эти рыбы не только за счет хвостовой локомоции, но и за счет грудных плавников — они мощные и крупные. Живут они на сравнительно больших глубинах повсеместно в умеренном и тропическом поясе. Как выяснилось, солнечные рыбы способны сохранять повышенную температуру почти во всем теле. Как эти рыбы справляются с поддержанием температуры и какие преимущества от этого получают — на эти вопросы ответили ихтиологи из американского Юго-Западного научного центра рыболовства.

Ученые измеряли температуру у только что вытащенных на палубу рыб. Измеряли одновременно в разных точках внутри тела, так что получилась карта температуры мышц и внутренних органов (рис. 2).

Рис. 2. Температурная карта одной из вытащенных на палубу рыб

Рис. 2. Температурная карта одной из вытащенных на палубу рыб. Температура измерена в 4–5 см под кожей. Масса рыбы 40 кг, длина по Смиту (fork length) 98 см, температура окружающей среды 10,5°C. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Также они вживили рыбе температурный датчик в мышцу грудного плавника и отпустили обратно плавать на длинной леске. При этом леска предусмотрительно была выбрана подлиннее, чтобы рыба могла уйти на глубину, в свое естественное местообитание ниже термоклина. Ясно, что чем меньше температура воды, тем ниже может опускаться температура тела рыбы, поэтому важно было получить данные о температуре тела на глубине. Датчики наглядно продемонстрировали, что температура грудных мышц у солнечной рыбы поддерживается на относительно постоянном уровне, около 13–14°C (рис. 3). Она не опускается даже и на глубине, когда окружающая температура становится существенно ниже, снижаясь до 9–10°C.

Рис. 3. Динамика температуры мышцы грудного плавника

Рис. 3. Динамика температуры мышцы грудного плавника рыбы показана красной линией. Снимались показания вживленного в мышцу датчика во время трехчасового плавания рыбы на леске. Масса рыбы 39 кг, длина 96,4 см. Черная линия — промеры глубин, на которых плавала рыба (значения глубин указаны справа), синяя линия — измерения температуры воды на этих глубинах. График из обсуждаемой статьи в Science

Тщательное анатомирование жаберной области помогло разгадать секрет этой необычно «теплой» рыбы. К жаберной области ученые обратились неспроста. Тепло вырабатывается работающими мышцами и иногда внутренними органами. А отдается это тепло воде теми частями тела, которые имеют наибольшую поверхность, то есть жабрами. Жабры должны иметь большую поверхность, так как именно через них происходит газовый обмен и кровь насыщается кислородом. Каждая жабра состоит из тысяч жаберных лепестков, и в каждом из них проходят приводящий и отводящий сосуды. Приводящий сосуд несет теплую венозную кровь, а отводящий — холодную, насыщенную кислородом. У многих рыб эти сосуды сближены, так что подогретая венозная кровь отдает тепло артериальным капиллярам, а не воде в жаберной полости. Иными словами, отдача тепла происходит до того, как теплые венозные капилляры окажутся в тесном сообщении с водой. В результате отходящая от жаберных лепестков кровь подогревается текущей навстречу венозной кровью.

Оказалось, что солнечные рыбы довели эту систему до совершенства. Венозный и артериальный капилляры у них переплетены особенно тесно, а вдоль жаберной дуги ряды теплых капилляров перемежаются с холодными и плотно прижаты друг к другу (рис. 4). Так что теплоотдача от приводящих сосудов к отводящим сосудам происходит особенно эффективно. А сама жабра обернута жировым слоем — этот слой служит теплоизолятором. Теплоизолирующий слой жировой и соединительной ткани также покрывает и мускулатуру, и это опять же снижает потери тепла. Таким образом, у солнечной рыбы поддержание повышенной температуры обеспечивается двумя взаимодополняющими способами. Первый из них — это организация передачи тепла от теплых сосудов к холодным до контакта с холодной водой в жаберной полости, а второй — теплоизоляция контактирующих с водой тканей.

Рис. 4. Расположение сосудов в жаберных элементах солнечной рыбы

Рис. 4. Расположение сосудов в жаберных элементах солнечной рыбы. На верхнем фото видна тесная укладка приводящих (AFA — afferent arteria) и отводящих (EFA — efferent arteria) сосудов в ткани жаберной дуги. Внизу показаны отводящий и приводящий сосуды в жаберном лепестке. Видно, как они близко соприкасаются перед жаберным лепестком. Изображения из обсуждаемой статьи в Science

Повышенная температура внутри тела, в особенности сердца и мозга, является безусловным преимуществом холодноводных обитателей глубин. Сердце работает существенно хуже и медленнее в холодной воде, это снижает скорость метаболизма. Реакции замедляются. То же касается и работы мозга, служащего регулятором поведения, и работы глаз — датчиков внешних стимулов. Эффективность их деятельности в холодной воде заметно снижается. Поддержание повышенной температуры позволяет солнечным рыбам оставаться быстрыми хищниками даже в холодной воде. Другие рыбы к такому не способны. Даже акулы, охотясь в глубоких водах, вынуждены часто подниматься для подогрева тканей и сердечной мышцы — иначе их скорость снижается, и охота оказывается пустой тратой сил. А солнечные рыбы избавлены от этой необходимости. Сердце у них работает эффективно и в холодной воде. С этим связано и повышенное содержание форменных элементов в крови солнечных рыб: раз сердце обеспечивает быструю перекачку крови, то и связывающие кислород элементы очень пригодятся.

Источник: Nicholas C. Wegner, Owyn E. Snodgrass, Heidi Dewar, John R. Hyde. Whole-body endothermy in a mesopelagic fish, the opah, Lampris guttatus // Science. 2015. V. 348. P. 786–789.

Елена Наймарк


Комментировать



Последние новости: ИхтиологияЭволюцияЕлена Наймарк

23.07
Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы
11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
7.07
В бирманском янтаре мелового периода найден вымерший убийца пауков
6.07
Метанокисляющие микроорганизмы донных осадков оказались неожиданно разнообразными
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
8.06
Новые древние остатки людей с острова Флорес говорят о родстве «хоббитов» с эректусами

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия