鳔的功能及管鳔充气排气机理分析

鳔的功能及管鳔充气、排气机理分析生物153班冉庚鑫摘要：鱼鳔作为硬骨鱼体内特有的器官，一直以来被人们认为是控制鱼体上浮和下沉的工具。但通过对鱼的解剖发现鱼鳔并没有肌肉，因此鱼不能通过调节鳔的大小来调节气体容量。为探究鱼鳔的基本功能及管鳔充气、排气的机理，我们对鱼进行了抽气、充气的操作并对实验鱼和对照鱼的生理活动进行了观察，在实验现象的基础上进一步探究得出鱼鳔可能具有调节身体比重，平衡体内外压强的作用。关键词：管鳔充气排气功能沉浮1鱼鳔的基本信息鱼鳔是大多数硬骨鱼类所具有的器官，体积约占身体的5%左右，其形状有卵圆形、圆锥形、心脏型、马蹄形等。鱼鳔分两类，鳔有一根鳔管与食道相通，称管鳔（开鳔），鳔内气体调节主要靠口的吞入和排出；无鳔管的鳔为闭鳔，通过红腺分泌气体，卵圆窗排出气体。鳔内气体包括氧气、氮气、二氧化碳等，随着活动水层的加深，鳔内氧含量逐渐升高。对鱼鳔的解剖表明，鳔壁分三层：外层是坚韧而透明的纤维组织；中层是结缔组织，由胶原纤维和弹性纤维组成；内层是上皮细胞。由此可见，鳔壁上并没有能自动调节鳔的体积的肌肉组织。2实验过程2.1实验材料生物材料：生长状况相近且状态良好的鲫鱼两条；其他材料：水箱及水，10mL注射器若干，手术剪一把，解剖盘一个。2.2实验操作（1）实验鱼标记为鱼1，对照鱼标记为鱼2.将鱼1从水中取出，在侧线鳃后两厘米左右将注射器扎入，经两次抽取，共抽出约15mL气体后放回水中，鱼2不作处理；（2）将两条鱼同时从水面释放，观察现象；（3）将两条鱼同时侧翻，观察现象；（4）一段时间后，将鱼1再次捞出，向鱼鳔内充入约10mL气体，再次放回水中，重复第（2）、（3）步操作，观察实验现象；（5）一段时间后，将两条鱼均从水中捞出，对鱼1进行加量抽气操作约20mL，对鱼2进行加量充气操作约20mL，之后放回水中，观察实验现象；（6）一段时间后，将鱼2捞出，从鱼鳔中重复抽出气体直至不能再进行，将其解剖并观察鱼鳔形态。2.3实验结果（1）在进行第一次抽气操作时，将两条鱼同时从水面释放，鱼1落到水底所需时间比鱼2长；将两条鱼同时侧翻，鱼1恢复平衡所需时间比鱼2长；在实验后期，鱼1跃出水面呼吸频率明显加快；（2）在进行第一次充气操作时，鱼1、鱼2生理活动未出现明显差别；（3）在加量抽气、充气实验操作中，鱼1沉在水底，身体侧翻不能恢复直立，呼吸频率明显加快；鱼2漂浮在水面，不能回到水中，观察30min，未见两鱼恢复；（4）将鱼2解剖后对其鱼鳔进行观察，发现鱼鳔内几乎没有气体，证明操作者的操作位置及针头插入深度准确无误。2.4结果分析及鱼鳔功能初探通过以上实验结果我们可以看出，鱼并不能够通过自主调节鱼鳔的胀缩来控制身体的上浮和下沉。在第一次抽气、充气实验中，通过对鱼抽气其下降时间变短这一现象进行分析，鱼鳔可能具有调节身体比重的功能，从而使其在不同水层深度之间进行运动时平衡体内外压强；从侧翻恢复正常时间变长，说明鱼鳔可能具有维持身体平衡的能力；实验鱼呼吸频率加快，说明管鳔是通过口进行气体的吸入和排出。在加量抽气、充气实验中，鱼1沉在水底，身体侧翻，呼吸加快，鱼2浮在水面，进一步印证了鱼鳔可能具有的调节身体比重、平衡体内外压强、维持身体平衡的功能以及管鳔充气、排气的作用机理。2.5实验反思本次实验可能存在的不足有以下几个方面：（1）实验样本较少，观察时间较短，可能个体差异较大，不具有代表性；（2）水箱中水的深度较浅，无法准确观察鱼在不同深度时的状态及其在水中不同水层间的运动情况；（3）在第二次对鱼进行加量充气、抽气操作时，操作者针头插入深度过深，位置靠后，可能对鱼造成了很大程度的伤害；（4）在第一次操作中，未对鱼2进行相应扎针的操作，不符合实验的对照原则。3猜想与总结在实验探究过程中，我们得出了一定的结论，同时也发现了一些问题。鱼鳔的膨胀与收缩是一个被动的过程，鱼通过鳍的摆动控制身体的前后、上下游动，在垂直运动的过程中，随着水的压力改变，鱼必须不断调节自己体内的压强以平衡水压，因此鱼鳔具有平衡压强的作用。但就管鳔类而言，通过口进行气体交换应该是一个较快的过程，但实际上这个过程的完成需要很长时间，且并未发现有吐气泡现象发生，因此管鳔的充气、排气机理有待进一步探究。且鱼的体壁在压强未平衡时的受压机制也值得讨论。鱼鳍是鱼类在运动中维持身体平衡的重要结构，但在抽取大量鳔内气体的操作中，鱼发生侧翻且通过鳍的摆动不能恢复，因此鱼鳔在维持身体平衡方面可能发挥着更重要的作用，可能是由于鱼鳔体积的改变导致的身体重心改变所致。此外，在对鱼鳔充入、抽出大量气体时，并未发现鱼的体积有十分明显的改变，根据阿基米德浮力定律，鱼所受到的浮力并不会有明显改变，因此鱼鳔充气、排气影响浮力的说法值得怀疑。由于实验样本、实验次数太少，实验结果可能误差较大，不具有代表性，因此需要通过进一步实验对猜想进行验证。