ماهی چگونه در آب نفس می کشد؟

بيتوته/ اگر ماهي را از آب بگيريد خيلي زود به علت کمبود اکسيژن مي ميرد; هيچ از خود پرسيده ايد که چرا اين وضعيت بوقوع مي پيوندد؟ در حاليکه مقدار اکسيژن موجود در حجم معيني از آب تنها يک سيزدهم مقدار اکسيژن موجود درهمان حجم از هوا است! چرا وقتي در محيط جديد مقدار اکسيژن سيزده برابر مي شود، ماهي به علت کمبود اکسيژن مي ميرد؟! بدون شک اين رويداد پي آمد عدم توانايي ماهي در وفق يابي با محيط تازه است، لذا بايستي به بررسي مکانيزمي در بدن ماهي بپردازيم که قادر نيست از اکسيژن غني هوا استفاده نمايد اما مي تواند مسئله بزرگ استخراج اکسيژن را که به مقدار ناچيز در آب وجود دارد براي خود حل نموده و اکسيژن مورد نياز خود را به اين روش تامين نمايد. يک ماهي صدگرمي رودخانه اي در حال استراحت حدود ۵سانتيمترمکعب اکسيژن در ساعت احتياج دارد و وقتي فعاليت عادي خود را شروع نمايد سه تا چهار برابر اين مقدار اکسيژن نياز دارد. اگر راندمان مکانيزم تنفسي آن در انتقال اکسيژن صددرصد باشد اين ماهي بايستي در هر دقيقه ۱۵تا۳۰ سانتيمترمکعب آب را از سطح تنفسي اش عبور دهد تا اکسيژن مورد نياز خود را تامين نمايد. جابجا کردن چنين مقدار اکسيژني در هوا مشکل نيست، اما در آب کار و فعاليت زيادي را مي طلبد زيرا چگالي آب تقريبا هزار برابر هوا، و غلظت و چسبندگي اش هم حدود صد برابر است. در انسان فقط يک الي دو درصد از اکسيژن دريافتي در ماهيچه ها براي کار شش ها مصرف مي شود اما در ماهيان اين مقدار بسيار بيشتر مي باشد از طرفي سرعت انتشار اکسيژن در آب ۳۰۰هزار برابر آهسته تر از هوا مي باشد. پس چگونه يک ماهي بر اين مسائل غامض فائق مي آيد؟ مسائلي که بسيار عظيم تر از مسائل تنفسي مهره داران زميني مي باشد و چرا ماهي در شرايطي بسيار آسان تر براي تنفس در روي زمين مي ميرد؟ قسمتي از جواب به اين سوالات در ساختار مکانيزم تنفسي ماهي و طبيعت جريان روي آنها نهفته است. آبشش هاي ماهي از يک سري از صفحات بدقت تقسيم شده تشکيل شده اند که در نتيجه سطح زيادي را براي تماس با آب ايجاد مي نمايند و آب در يک جهت از روي آنها عبور مي نمايد که اين با جريان کشندي در شش پستانداران تفاوت دارد. زماني که ماهي از آب بيرون آورده مي شود و در معرض هوا قرار مي گيرد از دست رفتن پشتيباني آب همراه با کشش سطحي سبب کوچک شدن شديد سطح آبشش ها مي گردد که نتيجه اين عمل در اکثر موارد کاهش شديد دريافت اکسيژن و مرگ خواهد بود. کل سطح تنفسي در تماس با جريان آب بين ماهيان مختلف متفاوت است و اين منطبق با حجم فعاليت هر گونه اي از ماهيان مي باشد. براي مثال در ماهيان بسيار فعال مانند ماهي خال مخالي اين سطح بيش از ۱۰۰۰ميليمترمربع براي هر گرم وزن بدن ماهي است که از ده برابر سطح خارجي بدن ماهي بزرگتر است. براي اندازه گيري راندمان مکانيزم استخراج اکسيژن از آب، توانايي ماهي را در استخراج ۸۰درصد اکسيژن محلول در آبي که از سطوح برانش ماهي عبور مي نمايد مورد نظر قرار مي دهند درصورتيکه بيشترين راندمان براي يک انسان که بتواند با ورزش و تنفس شکمي يعني تنفس از ته شش ها که اين عمل در ورزش هايي مثل «تاي چي چوان» و «يوگا» آموزش داده مي شود فقط استفاده از ۲۵درصد اکسيژن موجود در هوا امکانپذير است. چنين راندمان بالايي در ماهيان بوسيله ويژگي ضدجريان تامين مي شود، که رابطه اي است بين جريان خون در بدن ماهي و جريان آب و مکانيزم قدرتمند پمپاژي که بطور مستمر آب را از سطوح آبشش در تمام مدت چرخه تنفسي عبور مي دهد. جريان ضدجريان بين جريان خون و جريان آب اصول جريان ضدجريان در بسيار از موارد مختلف در بدن جانوران اتفاق مي افتد که بدين وسيله مبادله موثر مواد محلول يا گرما بين دو مايع در جريان بوقوع مي پيوندد اين چنين سيستمي از گذشته هاي دور بوسيله مهندسين در مکانيزم مبادله گرما کاربرد داشته است کسي که براي اولين با اهميت اين پديده را در فيزيولوژي حيوانات کشف کرد «ون دام» بود که در سال ۱۹۳۸چگونگي عمل اين پديده را در آبشش ماهيان شرح داد. اين پديده بدين گونه است که وقتي خون در جريان خروجي در آبشش ماهيان که کاملا از اکسيژن تهي شده است با جريان آب پر از اکسيژن برخورد مي نمايد بر اثر کشش زيادي که در اکسيژن آب وجود دارد(بسيار بيشتر از خون همجوارش مي باشد) اکسيژن از آب به خون انتقال مي يابد.اين راندمان بالا به همين ضدجريان بستگي دارد زيرا اگر ما بصورت تجربي جريان آب عبورکننده از آبشش ماهيان را برعکس نماييم استخراج اکسيژن از۵۱درصد به ۹درصد کاهش مي يابد. براي راندمان حداکثر، لازم است دو محلول آب و خون با همديگر تماس نزديکي را حاصل نمايند و سرعت جريان هر يک نسبت به ديگري تنظيم شود. فاصله اي که در آن اکسيژن آب به گلبول هاي خون ماهي انتقال مي يابد بسيار کوچک است زيرا گلبول هاي خون ماهي تقريبا به نازکي پهناي صفحات برانش ماهيان که در آنها گردش خون و آب صورت مي گيرد، مي باشند. خارج از اين صفحات آب از هر دو طرف عبور مي نمايد و همچنين رابطه اي بين ضربان قلب ماهي و فرکانس تنفسي ماهي وجود دارد که بصورت يک مکانيزم واکنش دار حجم خون عبورکننده از برانش ها را تنظيم مي نمايد ضربان قلب معمولا از فرکانس تنفسي آهسته تر مي باشد و در بعضي موارد قلب با فازهاي ويژه اي از سيکل تنفسي همزمان مي شوند. اما اين همواره در کليه گونه ها روي نمي دهد، براي مثال در ماهي قزل آلا فرکانس تنفسي با ضربان قلب تقريبا مساوي است و به تدريج اين دو فرکانس خارج از اين نظم مي گردند هرچند که قلب تمايل دارد که وقتي دهان ماهي بسته است ضربه زند و در ساير موارد اغلب ضربان قلب از فرکانس تنفسي آهسته تر مي باشد. اين چنين مکانيزمي اين اطمينان را ايجاد مي نمايد که همواره مقدار کافي آب براي تامين اکسيژن خون ماهي در دسترس باشد و اين بسيار مهم است زيرا حجم معيني از خون ماهي مي تواند حدود ۱۰تا۱۵ برابر مقدار اکسيژني را که همان حجم آب حمل مي نمايد دريافت کند.