Большинство людей знают рыбу с обеденного стола или из своего аквариума. Не многие люди знают, что рыбы составляют чрезвычайно разнообразную группу животных и превратились во многие виды, которые отличаются друг от друга, как ночь и день. У многих из них есть уникальные способы увидеть окружающий мир или охотиться на добычу. Другие так сильно изменяют свою внешность или физиологию в течение своей жизни, что трудно представить, что кто-то смотрит на одну и ту же рыбу на разных фазах ее жизненного цикла.
Sacabambaspis, 460 миллионов лет без родственников современных челюстных рыб, плавает в неглубоких прибрежных водах современной Боливии.
Изображение: Нобумичи Тамура
Все рыбы, которые мы знаем сегодня, находят свое эволюционное происхождение в мелкой прибрежной морской воде, между 480 и 360 миллионами лет назад. Здесь некоторые рыбы превратились в хороших пловцов с гибкими телами, которые покорили глубокие моря. Другие стали бронированными и негибкими, ограничивая свои плавательные способности, оставаясь прикованными к мелководью. Стиллотеры перешли к пресной воде, а некоторые даже добрались до земли, породив наземных позвоночных, которые в настоящее время населяют нашу планету, включая нас самих, людей.
Таким образом, рыба имеет долгую эволюционную историю, начиная с одной среды обитания и эволюционируя во множество различных видов, обитая практически в каждой водной среде. Они превратились в животных с потрясающими стратегиями выживания в своей экологической нише, некоторые из которых настолько причудливы, что трудно поверить, что они реальны.
10. Жизнь в морозилке: ледяная рыба
В ледяной рыбе содержатся антифризные белки.
Рыбы колонизировали самые суровые водные среды, некоторые из них счастливо жили в ледяной морской воде на Северном и Южном полюсах. Из-за высокой солености морской воды, ее температура плавления значительно ниже 0 ° C (или 32 ° F). На самом деле, это -1,9 ° C. Кровь рыбы не такая соленая, поэтому можно ожидать, что кровь замерзнет при температуре окружающей среды. Тем не менее, арктические и антарктические рыбы нашли решение этой проблемы. Их кровь наполнена необычными, но простыми белками, которые действуют как антифриз. Эти белки состоят из 4–55 повторов только из трех аминокислот, строительных блоков белков, и связываются с поверхностью кристаллов льда, которые начинают образовываться в крови. Как следствие, кристаллы не могут расти дальше, и кровь остается жидкой
Хотя антифризные белки важны для выживания рыб во враждебных арктических условиях, рыба все еще сталкивается с проблемой вязкости своей крови. При низких температурах кровь становится гуще и может засорить вены и артерии. Ледяные рыбы увеличивают текучесть крови, уменьшая количество эритроцитов. Их гематокрит составляет всего 16% (для сравнения, у нас около 45%). Группа видов ледяной рыбы, известная как ледяные рыбы-крокодилы, зашла так далеко в своей адаптации к низким температурам, что полностью отказалась от эритроцитов! На сегодняшний день это единственные известные позвоночные, у которых нет эритроцитов или гемоглобина. Чтобы дать компенсацию и позволить достаточному количеству кислорода достигнуть их ткани, у них есть исключительно большие жабры для дыхания, и они могут поглощать кислород из морской воды через кожу. Крокодиловые ледяные рыбы имеют большее сердце и больший объем крови по сравнению со своими коллегами, у которых есть эритроциты.
9. Мексиканские пещерные рыбы: рыба-диабетик, живущая в темноте
Мексиканские пещерные рыбы приспособились к жизни в темноте и нехватке продовольствия
Astynax mexicanus - тропическая пресноводная пещерная рыба, обитающая в Мексике. Несколько миллионов лет назад некоторые из этих рыб предположительно оказались в ловушке в темных пещерах, и это привело к появлению совершенно разных разновидностей пещерных рыб. Эти рыбы действительно особенные. Они претерпели множество физических, поведенческих и физиологических изменений, одно из которых, по-видимому, эволюционировало в результате жизни в полной темноте: потеря глаз. Интересно, что развитие мексиканских глазных раков начинается обычно в начале их жизни, но развитие прекращается в течение нескольких дней. Это связано с химическими изменениями определенных генов, которые контролируют развитие глаз. Эти гены перестают выражаться, и развитие глаз прекращается. Между прочим, некоторые из этих генов, которые заставляют молчать, также обнаруживаются у людей и являются дисфункциональными по цвету и ночной слепоте.
Мексиканские раковые рыбы имеют высокий уровень сахара в крови и устойчивы к инсулину, состояние, очень похожее на диабет типа II. В то время как у людей с диабетом могут развиться серьезные проблемы со здоровьем, пещерные рыбы не беспокоятся высоким уровнем сахара в крови, а вместо этого используют его в своих интересах. Поскольку они живут в пещерах, которые получают новую пресную воду только весной, они едят столько, сколько могут за этот период, чтобы откармливать. Затем они используют свои резервы в течение остальной части года. Таким образом, эти рыбы адаптировали свою физиологию к экстремальным условиям жизни с ограниченным доступом к пище. По этой причине они разработали энергетическую систему, подобную диабету II типа. В настоящее время неизвестно, почему у раков не возникают проблемы со здоровьем, связанные с диабетом.
8. Anglerfish: близкие любители, которые ловят рыбу
Рыба-удильщик отличается легкостью и обладает замечательной стратегией размножения
Anglerfish составляют очень любопытную группу из около 160 различных видов, обитающих в более глубоких частях обширного океана. Они живут в безвестности, на глубинах, где солнечный свет не проникает, а супругов и пищи мало. Некоторые виды рыб-удильщиков проделали большую работу, чтобы справиться с этими конкретными условиями.
Рыба-самка имеет большую голову с огромным ртом, полным острых, направленных внутрь зубов. Это позволяет им потреблять добычу, вдвое превышающую их размер, так что им есть на что жить, когда еды нет в наличии. У них очень необычный способ привлечения добычи. Из передней части головы торчит придаток, который движется вперед и назад и… дает свет! Это единственные легкие животные, которые можно увидеть в глубоком море. Он генерируется бактериями, которые были включены в наконечник этой «удочки», и эффективно привлекает добычу: мелких рыб и ракообразных. Возможно, этот биолюминесцентный свет также привлекает партнеров, но мужчины-рыболовы в основном используют другую стратегию для поиска самок.
У молодых самцов рыб очень чувствительный нос. И это хорошо, потому что это единственная вещь, которая хорошо работает в этой рыбе. Они маленькие, примерно одна десятая размера самки и не имеют биолюминесцентной удочки, поэтому им трудно кормиться. Их единственная цель в жизни - найти женский пост, и для этого они используют свое превосходное обоняние. Как только он найдет самку, он укусит ее в кожу. Затем он начинает выделять изо рта фермент, который переваривает кожу ее тела и его рот. Далее, системы кровеносных сосудов обеих рыб сливаются, и самец становится паразитом самки, поскольку теперь он зависит от нее в питательных веществах. Взамен самец отдает сперму самке для размножения. [ 8 ]
7. Арчерфиш - плевки-охотники
Арчерфиш стреляет в насекомых из воздуха.
В 1764 году в Амстердам, столицу Нидерландов, поступило первое сообщение о необычной рыбе, охотящейся на насекомых, родом из голландской колонии того, что сейчас является Индонезией. В отчете описана рыба, которая может выстрелить мухой из воздуха с каплей воды, выброшенной из ее трубчатого рта, и это с хитрой точностью. Натуралисты были настроены скептически. Плевать рыбу на мух было слишком странно, чтобы в это поверить, и это противоречило общепринятому мнению в то время, когда воздушные животные питаются рыбой, а не наоборот. И это, не выходя из воды!
Теперь, конечно, мы знаем лучше. Эти плевающиеся в воде рыбы настоящие и известны как лучники. Они могут регулировать мощность своей водной ракеты, чтобы приспособиться к расстоянию и размеру жертвы, которая будет сбита в воду. Секрет того, как сделать их водяную ракету такой мощной, заключается в более высокой скорости последних водяных капель в луче. Они догоняют капли, которые покинули рот рыбы прямо перед этим, и сливаются с ними, так что кончик водяного луча содержит всю энергию и ускоряется. Сравните это с водяным лучом из детского водяного пистолета. Здесь все капли воды движутся с одинаковой скоростью, так что в конечном итоге луч воды распадается на более мелкие капли, и энергия теряется. Таким образом, Archerfish решили эту техническую проблему, позволив им стать успешными охотниками на насекомых над поверхностью воды.
6. камбала: блуждающие глаза
Камбала претерпевает необычайные метаморфозы в течение жизни
Камбалы являются коммерчески интересными видами. Подошва, место, тюрбо и палтус попадают на кухню многих ресторанов по всему миру. Большинство гостей столовой не знают, что камбала не рождается плоской. На стадии личинок они симметричны, как и любая другая рыба. Но в конце личиночной стадии эти рыбы подвергаются необычайной метаморфозе, которая превосходит гусениц, превращающихся в бабочек.
Метаморфоз обусловлен окостенением того, что станет слепой стороной (обращенной вниз стороной) взрослой камбалы. Формирование кости на этой стороне оттолкнет глаз к другой стороне (сторона, обращенная вверх). Этот процесс регулируется гормоном щитовидной железы, тем самым гормоном, который играет важную роль в метаболизме, росте и развитии человека. В результате формирования кости только на одной стороне, череп становится асимметричным, и один из глаз перемещается с одной стороны головы на другую, чтобы оказаться рядом с другим глазом. Кроме того, челюсти реконструированы так, чтобы камбала могла прожить свою жизнь на дне морей.
5. Рыба слона Петерса: взгляд на мир через электричество
Рыбы слона Петерса живут в мутных, медленно движущихся реках и бассейнах в Западной и Центральной Африке. Видимость в этих водах плохая, и, кроме того, рыба-слон является ночным животным. Зрение, таким образом, не очень полезно. Как рыбы-слоны чувствуют окружающую среду? Ответ: с помощью электричества.
Рыбы-слоны создают вокруг себя слабое электрическое поле своим электрическим органом. Это модифицированная мышца у основания хвоста. Электрическое поле нарушается любым объектом или существом, которое находится достаточно близко. На основе этих нарушений рыба строит мысленный образ своего окружения. Он обнаруживает нарушения с помощью электрорецепторов на его теле, особенно на «туловище». Хотя этот придаток выглядит как хобот слона, на самом деле это не нос, а расширение нижней челюсти. Рыба-слонуха использует этот орган для поиска червей и насекомых.
Информация об электрическом поле затем передается от рецепторов к мозгу, сначала к специализированной маленькой доле, а оттуда к гигантскому мозжечку, который покрывает весь мозг. Масса мозга составляет 3,1% массы тела и отвечает за 60% потребления кислорода всем телом. Соответствующие значения для человеческого мозга составляют 2,3% и 20%, а для других позвоночных значительно ниже. Требуется исключительно большой и активный мозг, чтобы понять, что происходит вокруг вас, когда вы используете электрический зрение вместо зрения!
4. Карп и сом: языки плавания
Карпы и сомы пробуют свое окружение с помощью специальных рецепторов на коже.
Бентические виды рыб, обитающие на дне озера или моря, постоянно плавают в облаках песка, мусора и, мы надеемся, пищи. Карп и сом ищут пищу в этих облаках, но вместо того, чтобы дегустировать все, что они находят, беря вещи в рот, как это делает человеческий младенец, они обнаруживают съедобные вещи, пробуя на вкус их части тела.
У карпа и сома есть вкусовые рецепторы, очень похожие на те, которые есть у нас на языках, по всей голове, усики и плавники, а у сома они также разбросаны по всему телу. Эти рыбы постоянно ощущают вкус воды и очень быстро осознают, что натолкнулись на что-то съедобное.
Тем не менее, рот по-прежнему является наиболее важным регионом для дегустации. Вкусовые рецепторы на теле дают общее представление о том, плавает ли рыба через то, что она может съесть; вкусовые рецепторы во рту и вокруг него дают гораздо более четкие сигналы о природе пищи.
Наконец, у карпа есть встроенный фильтр вкуса: приятный на вкус орган. Это мясистая, мускулистая область на крыше их ртов, которая покрыта миллионами вкусовых рецепторов. Когда карп сосет пищу, он использует этот орган, чтобы попробовать его. Вкусный орган автоматически захватывает съедобные частицы пищи. Рыба теперь может свободно отклонять несъедобные части пищи, выдувая их изо рта, а затем проглатывая съедобные частицы.
3. Лосось и форель: жизнь в море - и пресная вода
Лосось и форель должны пройти большой пуцть, чтобы сделать возможным переход от пресной к морской воде и обратно
для рыбы миграция из пресной воды в морскую и обратно так же сложна, как и переход на вершину Эвереста и возвращение в долину для нас. Две водные среды предъявляют совершенно противоположные требования к физиологии рыбы. Нельзя поймать лосося в море, немедленно выпустить его в реку и ожидать, что он выживет. На самом деле молодой лосось, рожденный в реках, проходит через процесс смолтификации, чтобы подготовить их к новой среде.
В пресной воде кровь рыб соленее, чем вода, в которой плавает рыба. В жабрах рыб есть ферментные насосы, которые откачивают соль из воды в организм. Кроме того, они все время мочатся, чтобы избавиться от воды, которая диффундирует в их тела из-за осмотического давления. Подумайте об этом, когда увидите, как ваша рыба плавает в аквариуме!
В морской воде ситуация совершенно противоположная. Кровь рыб теперь содержит меньше соли, чем ее среда, поэтому рыбам приходится постоянно пить, чтобы восполнить воду, покидающую их тело из-за осмотического давления. Насосы в их жабрах выкачивают соль из организма, а не закачивают ее, как это делают пресноводные рыбы.
Во время смолтификации молодой лосось и форель претерпевают много гормональных изменений. В частности, повышается уровень стероидного гормона кортизола и гормонов щитовидной железы. Эти гормоны обеспечивают обратное действие ферментативных насосов в жабрах и адаптируют почку для их новой работы в море; задержка воды.
На обратном пути, когда лосось и форель мигрируют из моря обратно к месту рождения в реках, эти изменения полностью изменяются. Они также готовят себя гормонально для размножения. Эти изменения на протяжении всей жизни не всегда видны снаружи, но на самом деле они столь же впечатляющие, как и морфологические изменения в процессе развития камбалы.
2. Коралловые бычки: мужчина или женщина?
Коралловые бычки могут сменить пол.
Для многих рыб не имеет значения, рождены ли вы мальчиком или девочкой. Это еще можно изменить позже! Давайте возьмем коралловых бычков в качестве примера. Эти моногамные рыбы являются одними из немногих видов, которые могут неоднократно менять пол в любом направлении (самец становится самкой, или самка становится самцом).
Эта замечательная способность смены пола считается адаптацией к жизни кораллов и их сидячему образу жизни. У них не так много возможностей для спаривания, и они подвергаются риску хищничества, когда переходят от одного клочка коралла к другому. Способность неоднократно менять пол в любом направлении позволяет любым двум рыбам образовывать пару и размножаться.
Мозг дает сигнал сменить пол, но до сих пор неясно, каков точный триггер. Мозг вызывает множество гормональных изменений, которые вызывают образование яичек или яичников, а также вызывают дегенерацию ранее присутствовавших половых желез у одного из двух партнеров.
1. Mudskippers: наступая на землю
Mudskippers это рыба, которые проводят большую часть своего времени на суше
возможно, грязевые прыгуны образуют вершину пирамиды сказочных рыб. Живя в мангровых зарослях и других литоральных зонах африканской Атлантики, а также на африканском и азиатском побережьях Индо-Тихоокеанского региона, эти рыбы проводят большую часть своей взрослой жизни на суше. Здесь они охотятся, сражаются и ухаживают, и общаются по звуку. Как и лягушки, у них есть глаза на макушках, чтобы они могли всесторонне рассмотреть окружающую среду, чтобы обнаружить хищников. Находясь на суше, они дышат через кожу и ходят по грудным плавникам (спереди) и тазовым плавникам (сзади живота). Однако их плавники лишены костной структуры рыбы, которая колонизировала землю миллионы лет назад и дала начало всей земной жизни позвоночных на Земле.
Хотя они чувствуют себя комфортно, живя на земле, они все еще зависят от воды для своего выживания. Они должны держать свою кожу и глаза мокрыми. У грязных прыгунов есть мешочек, наполненный водой под глазами, который известен как дермальная чаша. Они регулярно заглядывают в чашку, чтобы увлажнить их. Похоже, они мигают, когда делают это. Кроме того, они заполняют свои камеры жабер водой, чтобы жабры продолжали функционировать и поглощать кислород.
Грязевики делают гнезда в норах под землей, которые они активно снабжают кислородом, глотая воздух, накапливая его в своих ртах и выдыхая его в нору, где развиваются яйца. Поскольку эти рыбы-амфибии очень чувствительны к изменениям окружающей среды и загрязнению, в настоящее время они признаются в качестве потенциальных биоиндикаторов в экологическом мониторинге прибрежных вод и литоральных экосистем.