loading...

علم کشاورزی

سرعت انتشار اکسیژندر انسان فقط یک الی دو درصد از اکسیژن دریافتی در ماهیچه ها برای کار شش ها مصرف می شود اما در ‏ماهیان این مقدار بسیار بیشتر می باشد از طرفی سرعت انتشار اکسیژن در آب ۳۰۰ هزار برابر آهسته تر از هوا ‏می باشد.‏

بررسی چگونگی تنفس ماهی درآب

ALIZADE بازدید : 495 سه شنبه 21 / 06 / 1396 : 17:21 نظرات ()

سرعت انتشار اکسیژن
در انسان فقط یک الی دو درصد از اکسیژن دریافتی در ماهیچه ها برای کار شش ها مصرف می شود اما در ‏ماهیان این مقدار بسیار بیشتر می باشد از طرفی سرعت انتشار اکسیژن در آب ۳۰۰ هزار برابر آهسته تر از هوا ‏می باشد.‏
پس چگونه یک ماهی بر این مسائل غامض فائق می آید ؟ مسائلی که بسیار عظیم تر از مسائل تنفسی مهره داران ‏زمینی می باشد . و چرا ماهی در شرایطی بسیار آسان تر برای تنفس در روی زمین می میرد؟
ساختار مکانیزم تنفسی ماهی
قسمتی از جواب به این سوالات در ساختار مکانیزم تنفسی ماهی و طبیعت جریان روی آنها نهفته است آبشش های ‏ماهی از یک سری از صفحات بدقت تقسیم شده تشکیل شده اند که در نتیجه سطح زیادی را برای تماس با آب ایجاد ‏می نمایند و آب در یک جهت از روی آنها عبور می نماید که این با جریان کشندی در شش پستانداران تفاوت دارد ‏‏. زمانی که ماهی از آب بیرون آورده می شود و در معرض هوا قرار می گیرد از دست رفتن پشتیبانی آب همراه ‏با کشش سطحی سبب کوچک شدن شدید سطح آبشش ها می گردد که نتیجه این عمل در اکثر موارد کاهش شدید ‏دریافت اکسیژن و مرگ خواهد بود .‏
کل سطح تنفسی در تماس با جریان آب بین ماهیان مختلف متفاوت است و این منطبق با حجم فعالیت هر گونه ای ‏از ماهیان می باشد . برای مثال در ماهیان بسیار فعال مانند ماهی خال مخالی این سطح بیش از ۱۰۰۰ میلی متر ‏مربع برای هر گرم وزن بدن ماهی است که از ده برابر سطح خارجی بدن ماهی بزرگتر است .‏
برای اندازه گیری راندمان مکانیزم استخراج اکسیژن از آب ، توانایی ماهی را در استخراج ۸۰ درصد اکسیژن ‏محلول در آبی که از سطوح برانش ماهی عبور می نماید مورد نظر قرار می دهند درصورتیکه بیشترین راندمان ‏برای یک انسان که بتواند با ورزش و تنفس شکمی یعنی تنفس از ته ششها که این عمل در ورزش هایی مثل تای ‏چی چوان و یوگا آموزش داده می شود فقط استفاده از ۲۵ درصد اکسیژن موجود در هوا امکان پذیر است .‏
چنین راندمان بالایی در ماهیان بوسیله ویژگی ضد جریان تأمین می شود . که رابطه ای است بین جریان خون در ‏بدن ماهی و جریان آب و مکانیزم قدرتمند پمپاژی که بطور مستمر آب را از سطوح آبشش در تمام مدت چرخه ‏تنفسی عبور می دهد.‏
جریان ضد جریان بین جریان خون و جریان آب‏
اصول جریان ضد جریان در بسیار از موارد مختلف در بدن جانوران اتفاق می افتذ که بدین وسیله مبادله مؤثر ‏مواد محلول یا گرما بین دو مایع در جریان بوقوع می پیوندد این چنین سیستمی از گذشته های دور بوسیله ‏مهندسین در مکانیزم مبادله گرما کاربرد داشته است کسی که برای اولین با اهمیت این پدیده را در فیزیولوژی ‏حیوانات کشف کرد« ون دام » بود که در سال ۱۹۳۸ چگونگی عمل این پدیده را در آبشش ماهیان شرح داد .‏
این پدیده بدین گونه است که وقتی خون در جریان خروجی در آبشش ماهیان که کاملا از اکسیژن تهی شده است با ‏جریان آب پر از اکسیژن برخورد می نماید بر اثر کشش زیادی که در اکسیژن آب وجود دارد ( بسیار بیشتر از ‏خون همجوارش می باشد ) اکسیژن از آب به خون انتقال می یابد .‏
این راندمان بالا به همین ضد جریان بستگی دارد زیرا اگر ما بصورت تجربی جریان آب عبور کننده از آبشش ‏ماهیان را برعکس نماییم استخراج 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 و سرعت ‏جریان هر یک نسبت به دیگری تنظیم شود . فاصله ای که در آن اکسیژن آب به گلبول های خون ماهی انتقال می ‏یابد بسیار کوچک است زیرا گلبول های خون ماهی تقریبا به نازکی پهنای صفحات برانش ماهیان که در آنها ‏گردش خون و آب صورت می گیرد می باشند .‏
خارج از این صفحات آب از هر دو طرف عبور می نماید و همچنین رابطه ای بین ضربان قلب ماهی و فرکانس ‏تنفسی ماهی وجود دارد که بصورت یک مکانیزم واکنش دار حجم خون عبور کننده از برانش ها را تنظیم می ‏نماید ضربان قلب معمولا از فرکانس تنفسی آهسته تر می باشد و در بعضی موارد قلب با فازهای ویژه ای از ‏سیکل تنفسی همزمان می شوند.‏
اما این همواره در کلیه گونه ها روی نمی دهد برای مثال در ماهی قزل آلا فرکانس تنفسی با ضربان قلب تقریبا ‏مساوی است و به تدریج این دو فرکانس خارج از این نظم می گردند هرچند که قلب تمایل دارد که وقتی دهان ‏ماهی بسته است ضربه زند . و در سایر موارد اغلب ضربان قلب از فرکانس تنفسی آهسته تر می باشد .‏
این چنین مکانیزمی این اطمینان را ایجاد می نماید که همواره مقدار کافی آب برای تأمین اکسیژن خون ماهی در ‏دسترس باشد و این بسیار مهم است زیرا حجم معینی از خون ماهی می تواند حدود ۱۰ تا ۱۵ برابر مقدار اکسیژنی ‏را که همان حجم آب حمل می نماید دریافت کند.‏
جریان مستمر از داخل آبشش ها‏
هنگامی که یک ماهی نفس می کشد دهانش را باز می کند و آب را وارد دهانش می نماید و بعد از عبور آب از ‏میان آبشش ها از حفره های آبششی به داخل شکافهایی که وقتی سرپوش آبشش انبساط حاصل کرده و از بدن ماهی ‏فاصله می گیرند ظاهرمی گردند وارد می شوند.‏
این جریان منقطع که بداخل و خارج سیستم تنفسی ماهی برقرار است این ایده غلط را می دهد که آب در روی ‏آبشش ها در جریان است شواهد توصیفی حقیقی تر از کار دستگاه تنفسی با ثبت تغییرات فشار در دو طرف آبشش ‏با نشان دهنده های حساس کندانسور مانومتر حاصل گردیده است تجربیاتی که با سه نوع ماهی آب شیرین انجام ‏گردیده نشان داده اند که بجز یک دوره بسیار کوتاه، همواره فشار داخل حفره دهان از فشار حفره های برانش ‏بیشتر است و لذا این نتیجه حاصل می شود که آب بدون انقطاع از روی برانش ها عبور می کند و به همین سبب ‏استخراج اکسیژن از آب افزایش می یابد .‏
این مکانیزم بوسیله دو پمپ که کمی از فازکارشان با هم متفاوت است ایجاد می گردد در ماهی فعالیت پمپاژ به ‏علت تغییرات درحجم حفره ها که بوسیله عمل عضلا ت تولیدمی شود انجام می گردد . البته مکانیزمی که در ‏برانش ها قرار دارند بسیار پیچیده تر از این شکل ساده است .‏
در طی فاز دم حفره دهان انبساط حاصل نموده و آب وارد دهان می شود و همزمان حفره های برانش انبساط ‏حاصل می نمایند اما آب نمی تواند وارد دریچه های خارجی آن شود . زیرا پوسته دور لبه خارجی به صورت بک ‏والو عمل می کند.‏
در طول انبساط حفره برانش ، فشار هیدروستاتیک از فشار داخل حفره دهان کمتر می شود و سبب می گردد که ‏آب در طول برانش ها رانده شود در این حالت حفره برانش بصورت پمپ مکش عمل می نماید در خلال فاز کم ‏شدن حجم حفره دهان فشار داخل از فشار بیرونی همزمان که دهان شروع به بسته شدن می نماید بیشتر می شود و ‏عملا بسته شدن مجرا انجام می گردد حتی در ماهیانی که قادر به بستن دهان خود بطور کامل نمی باشند به علت ‏وجود لوله غشائی نازک که در لبهای بالایی و پائینی ماهی قرار دارند مجرا عملا بسته می شود در خلا ل این فاز ‏افزایش فشار در حفره دهان بیشتر از حفره های برانشی می باشد و آب به عبور از برانش ها ادامه می دهد در این ‏حالت حفره دهان بصورت یک پمپ فشار عمل می نماید .‏
در خلال تقریبا تمام سیکل تنفسی ، همواره فشار اضافی که تمایل دارد آب را وادار به عبور از برانش و از حفره ‏دهان به حفره های برانش نماید وجود دارد .‏
البته یک دوره بسیار کوتاه نیز وجود دارد که اختلاف فشار 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 کند آب ‏اجازه ایجاد جریان برعکس را نمی دهد . لذا در این صورت جریان آب مستمری در روی برانش ها تشکیل می ‏شود که جهت این جریان برعکس جهت جریان خون است لذا درصد بالایی از اکسیژن آب به گلبول های خون ‏انتقال می یابد.‏
اما شکل جالب توجه مختلفی در این سیستم وجود دارند برای مثال در ماهیانی که بصورت غالب شناگر می باشند، ‏پمپ دهان بهتر توسعه یافته است . هر چند که در بعضی موارد هیچ یک از دو پمپ کار نمی کند .‏
این زمانی است که ماهی با شنا تحرکات خود را ایجاد نموده است مثال خوبی در این مورد ماهی خال مخالی است ‏که اجبار دارد بطور مستمر شنا نماید تا جریان دائمی آب روی برانش هایش بر قرار باشد مثال دیگر کوسه پلنگی ‏می باشد که در خلال شنا پمپ هایش کار نمی کنند اما به محض اینکه بصورت ساکن درآید پمپ ها شروع بکار ‏می نمایند .‏
ماهیانی که اغلب یا تمام اوقات خود را در کف دریا سپری می نمایند دارای حفره برانشی بزرگتر که با شعاعهای ‏استخوانی اضافی تقویت می شوند می باشند و پمپ مکش 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 فشار کم ثابت روی برانش ها تشکیل می شود .‏
در فاز انقباض ،آب از هر دو حفره حرکت کرده و از دریچه های باریک حفره برانشی خارج می شود . در ‏ماهیان پهن که مدام روی یک طرف بدن خود قرار می گیرند وقتی در حال استراحت هستند و در کف اقیانوس ‏بصورت مدفون شده در می آیند مسائل دیگر تنفسی ایجاد می گردد برای 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 .‏
در این 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 عامل روی لوله های برانش می باشد که از ورود کمترین جریان نیز ‏جلوگیری می نماید.‏
لذا منطبق با عادات ماهیان ، ساختار برانش ها متفاوت می باشند . ماهیان کف زی عموما دارای سطوح برانش ‏کوچکتر و مجاری خشن تری می باشند و مجاری از هزاران سوراخ ریز تشکیل شده اند که در بین تارهای برانش ‏قرار گرفته اند .‏
دو ردیف صفحه ای نازک که در اطراف چهار قوس استخوانی در تمام مسیر در دو طرف ماهی انباشته شده اند ‏تشکیل یک شبکه مشبک را می دهد که در تمام دیواره های حلق ماهی جای دارد .‏
از آنجائیکه لبه های تارهای برانشی به علت ویژگی انعطافی اسکلت نگهدارنده اش به صورت اریب می باشد ‏همواره لبه ها در تماس یکدیگرند و در نتیجه آب از شکافهایی که بوسیله صفحات تارهای همجوار ایجاد شده اند ‏عبور می نماید همین سطوح بالا و پائین تارها در حقیقت سطوح تنفسی را تشکیل می دهند سقوط همین چین های ‏ثانویه موجب کم شدن سطح مبادله گاز ها و در نتیجه اختناق ماهی که از آب خارج شده است می گردد هر چه این ‏چین ها به یکدیگر نزدیک باشند آنها بهتر یکدیگر را پوشش می دهند برای مثال در ماهی خال مخالی ۳۹ تار در ‏میلیمتر ، و در شاه ماهی ۳۳ تار در میلیمتر می باشد .‏
ماهیانی حوالی سواحل‏
در ماهیانی که حوالی سواحل زندگی می نمایند و تحت تأثیر جریانات کشندی قرار می گیرند ، مانند گاو ماهیان ،‌ ‏چین های ثانویه خیلی فاصله دار هستند و ۱۵ رشته در میلیمتر است . انواع گونه های مختلف با توجه به تحت ‏تأثیر قرار گرفتن در آبهای ساحلی دارای ساختار متفاوت می باشند .‏
شبکه هایی که بوسیله برانش ها ایجاد گردیده اند بسیار باریک می باشند با یک نگاه به نظر می رسد که ابعاد ‏بسیار کوچک این شبکه ها اجازه عبور آب کافی با اختلاف فشار تنها یک سه هزارم اتمسفر را ( که در بسیاری ‏از گونه ها وجود دارد ) ندهند . اما تعداد سوراخ ها آنقدر زیاد است که آب کافی را عبور می دهند‏
برای مثال در یک ماهی آب شیرین ۱۳۰ گرمی تعداد این سوراخ ها به ۲۵۰ هزار می رسد در سرعت های بالای ‏جریان آب مقداری آب از بین لبه تارها قرار می نماید اما در حالت استراحت ماهی کل جریان برابر جریانی است ‏که از سوراخ ها عبور می نماید.‏
مقاومت سوراخهای برانش‏
مقاومت سوراخهای برانش در تمام وضعیت های فعالیت ماهی یکسان نیست . بلکه متناسب با فعالیت ، انعطاف ‏پذیر می گردد. فیلمبرداری از مارماهیان جوان نشان داده است که فاز مشخصی در چرخه تنفسی وجود دارد و آن ‏زمانی است که لبه های رشته ها از هم باز می شوند و اجازه افزایش مدار کوتاه جریان را می دهند در خلال ‏فعالیت پمپاژ ، فرآیند تحت الشعاع برانش در مقابل بار افزایش اختلاف فشار می باشد .‏
تماس بین لبه های تارها بوسیله انعطاف پذیری شعاع های برانش برقرار می گردد و هیچ قدرت ماهیچه ای برای ‏مجزا کردن آنها وجود ندارد . انقباض عضلات وقتی فعال می شوند که ماهی تحرکات سرفه ای انجام می دهد در ‏این وضعیت شیب فشار برعکس شده و برعکس شدن جریان آب موجب تمیز شدن برانش ها می گردد.‏
تنفس پوستی در آب‏
در بعضی از ماهیان ، مقداری از تبادل گاز در محیط آبی ، از طریق پوست صورت می گیرد . انتشار از طریق ‏پوست نقش مهمی در تنفس ماهیان در مرحله نوزادی دارد . برای مثال در نوزاد ماهیان سین برانچی ‏فورم(مونوپتروس آلبوس) جنوب شرقی آسیا ، قبل از تکامل آبشش ها تنفس از طریق شبکه مویرگی تنفسی وسیع ‏که درست در 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 بشتری را به سمت سطح عقب بدن به گردش در می آورد . این ‏در حالی است که جهت جریان خون ، از سمت عقب به جلو بدن است . بدین ترتیب جریان متقابل حاصل از آن ‏برای بهینه کردن جذب اکسیژن در هنگام کاهش اکسیژن آب ، موءثر واقع می شود.‏
تنفس پوستی
وجود تنفس پوستی به میزان قابل ملاحظه ، در تعدادی از ماهیان بالغ ثبت و اندازه گیری شده است . اندازه گیری ‏میزان تنفس پوستی در شش گونه ماهی استخوانی آب شیرین نشان داد که عمدتا” ، تنها نیاز پوست به اکسیژن ‏ازاین طریق تأمین شده است . بنابراین ،در ماهی کاراس ، سوف زرد ، قزل آلای جویباری و قزل آلای 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 یک اندام کوچک تنفسی عمل می کند و در حدود ۵% نیاز به اکسیژن را فراهم می ‏سازد. همچنین در ماهی پهن دریایی(پلورونکتس پلاتسا)، انتشار اکسیژن از طریق پوست ، با مصرف اکسیژن ‏توسط این اندام مطابقت دارد.‏
نتیجه گیری
آن چه گفته شد مختصر و ناچیزی از مکانیزم تنفسی ماهی می باشد . هنوز مسائل متعددی در مورد چگونگی ‏ارتباط جریان آب و خون در طول برانش ها و چگونگی استخراج اکسیژن از آب وجود دارند که بایستی بررسی ‏شوند ،‌بویژه در روی گونه های مختلف ماهیان و بایستی تحت شرایط متفاوت گونه های مختلفی را مورد بررسی ‏قرار داد همچون مسائل متعددی که بوسیله جانورشناسان تحت بررسی است .‏
و ناشناخته های فیزیکی و فیزیولوژیک هر روز روشنتر می گردد. دانش تاریخ و ساختار طبیعی حیوانات هر ‏روز گسترده تر می شود . به امید روزی که بشر بتواند از این شاهکارهای خلقت خداوند کپی صنعتی تهیه نموده و ‏برای مثال با تهیه دستگاهی برای غواصان که همچون برانش ماهیان بتواند اکسیژن را از آب استخراتج نماید ‏محیط ناسازگار زیر دریا را با طبیعت انسان سازگاری دهد و انسان بتواند بهتر از آن بهره برداری نماید .‏

ارسال نظر برای این مطلب

نام
ایمیل (منتشر نمی‌شود) (لازم)
وبسایت
:) :( ;) :D ;)) :X :? :P :* =(( :O @};- :B /:) :S
نظر خصوصی
مشخصات شما ذخیره شود ؟ [حذف مشخصات] [شکلک ها]
کد امنیتیرفرش کد امنیتی
اطلاعات کاربری
نام کاربری :
رمز عبور :
  • فراموشی رمز عبور؟