Ryby i ich środowisko

Transkrypt

1 Ryby i ich środowisko

2 Ryby: gatunków 58% - morskie 41% - słodkowodne 1% - dwuśrodowiskowe

3 Środowisko wodne w porównaniu z lądowym Niski i zmienny poziom tlenu możliwy niedobór Duża pojemność cieplna mało zmienna temperatura Środowisko hipoosmotyczne (wody słodkie) lub hiperosmotyczne (wody morskie), rzadko izoosmotyczne (wody słonawe) Duża gęstość ośrodka trudna wentylacja, lokomocja w przestrzeni trójwymiarowej

4 Tlen w wodzie Dyfuzja z atmosfery Fotosynteza Oddychanie

5 Stężenie tlenu [mg/l] Rozpuszczalność tlenu w wodzie spada ze wzrostem temperatury Temperatura wody [ o C]

6 Przyczyny deficytu tlenu w wodzie Eutrofizacja wysoka produkcja wysoka respiracja Długotrwała stagnacja wody ograniczona dyfuzja Pokrywa lodowa brak dyfuzji

7 Stężenie O 2 [mg/l] Dobowe zmiany poziomu tlenu w wodzie Zbiornik hipertroficzny Zbiornik eutroficzny Zbiornik oligotroficzny 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 Godzina

8 Dobowe zmiany poziomu tlenu w stawie Niska temperatura wody - dużo O 2, brak stratyfikacji

9 Dobowe zmiany poziomu tlenu w stawie Wysoki poziom O 2 w warstwie powierzchniowej Deficyt tlenowy Rozkład materii organicznej Wysoka temperatura wody - stratyfikacja termiczno-tlenowa

10 Dobowe zmiany poziomu tlenu w stawie Miksja Przyducha Letnie załamanie pogody wiatr miksja deficyt tlenowy

11

12 Przystosowania ryb do niedoboru O 2 w wodzie (wg Wu 2002) Utrzymanie pobierania tlenu na stałym poziomie Oszczędzanie energii (zmniejszenie tempa metabolizmu) Behawioralne - Ucieczka do miejsc lepiej natlenionych - Wzrost tempa wentylacji - Pobieranie powietrza atmosferycznego - Zmniejszenie ruchliwości - Ograniczenie żerowania Krążeniowe Morfologiczne Hematologiczne Biochemiczne - Angiogeneza wzrost ukrwienia - Wzrost powierzchni blaszek skrzelowych - Wzrost objętości krwinek - Wzrost powinowactwa Hb do O 2 - Wzrost: Hb, Ht, RBC - Polimorfizm hemoglobin - Aktywacja syntezy enzymów przemian beztlenowych - Spadek tempa bicia serca - Spadek przepływu krwi przez mięśnie - Redukcja metabolizmu tlenowego - Redukcja syntezy białek budulcowych i enzymatycznych

13 WŁAŚCIWOŚCI HEMOGLOBIN RYB HbO 2 [%] ryby mało aktywne, wody słabo natlenione ryby aktywne, wody dobrze natlenione O 2 [mm Hg]

14 RYBY BIAŁOKRWISTE Notothenia coriiceps Chaenocephalus aceratus

15 Wymagania tlenowe niektórych gatunków ryb Bardzo wysokie Wymagany poziom tlenu [mg/l] Pstrąg potokowy, śliz Gatunki Wysokie 7-10 Kiełb, lipień, pstrąg tęczowy Średnie 5-6 Brzana, okoń, szczupak Niskie <5 Karp, karaś, lin

16 Performance Tolerancja termiczna ryb Stenotermiczne zimnolubne Eurytermiczne Stenotermiczne ciepłolubne Temperatura wody

17 Zużycie tlenu [ml O 2 /kg/min] Wpływ temperatury na tempo metabolizmu ryb Temperatura wody [ o C]

18 Wpływ temperatury na tempo wzrostu ryb

19 Zakres tolerancji [ o C] Tolerancja termiczna różnych gatunków ryb Pstrąg potokowy Kleń Karaś

20 Preferencje termiczne różnych gatunków ryb Stenotermiczne zimnolubne Eurytermiczne Stenotermiczne ciepłolubne

21 Woda w organizmie ryb Gatunek Objętość wody [% masy ciała] Raja binoculata 83 Raja rhina 82 Squalus acanthias 72 Negaprion brevirostris 72 Catostomus commersoni 74 Lutianus sp Cyprinus carpio 71 Gymnothorax funebris 64 Wg Hoar, Randall (Eds) 1969

22 Stężenie soli mineralnych mg/l Woda morska Płyny ciała Woda słodka

23 Performance Tolerancja zasolenia u różnych gatunków ryb Stenohalinowe słodkowodne Euryhalinowe Stenohalinowe morskie Zasolenie wody

24 Strategie osmoregulacyjne różnych gatunków ryb 1. Izoosmotyczne (osmokonformistyczne) śluzice 2. Izoosmotyczne z regulacją jonową chrzęstnoszkieletowe 3. Hiperosmotyczne kostnoszkieletowe słodkowodne 4. Hipoosmotyczne kostnoszkieletowe morskie

25 Śluzice (Myxini) Brak zdolności osmoregulacyjnych: stężenie soli płynów ciała = stężenie soli w wodzie

26 Chrzęstnoszkieletowe (Chondrichthyes) Stężenie jonów w płynach ciała ~ 1/3 stężenia w wodzie morskiej, ale zatrzymują 2/3 wytwarzanego mocznika (ureoteliczne!) całkowite stężenie osmotyczne takie samo, jak otaczającej wody

27 Kostnoszkieletowe (Osteichthyes) Słodkowodne Stężenie jonów w płynach ciała 2-3 x wyższe niż w wodzie Narażone na utratę jonów i nadmiar wody

28 Ryby słodkowodne Transport czynny Transport bierny Pokarm Na +, Cl - H 2 O Nie piją! H 2 O Na +, Cl - Na +, Cl - Mocz (dużo) Pompy jonowe hipoosmotyczny komórek chlorkowych

29 U słodkowodnych ryb kostnoszkieletowych - duża objętość moczu pierwotnego - reabsorpcja jonów (Na +, Cl -, Mg 2+, Ca 2+, SO 42 -, HCO 3- ) - mała reabsorpcja wody Rezultat: dużo hipoosmotycznego moczu

30 Kostnoszkieletowe (Osteichthyes) Morskie Stężenie jonów w płynach ciała ~ 1/3 stężenia w wodzie Narażone na osmotyczną utratę wody i nadmiar jonów

31 Ryby morskie Transport czynny Transport bierny Piją! Pokarm Na +, Cl - H 2 O H 2 O Na +, Cl - Mg ++, SO 4 = Na +, Cl - Pompy jonowe Komórek chlorkowych Mg ++, SO 4 = Mocz (mało) izoosmotyczny

32 U morskich ryb kostnoszkieletowych - mała objętość moczu pierwotnego - reabsorpcja + wydzielanie jonów (w moczu ostatecznym wyższe stężenie Mg 2+ i SO 4 2- niż w pierwotnym) - duża reabsorpcja wody Rezultat: mało izoosmotycznego moczu

33 Komórki chlorkowe Ryby słodkowodne Ryby morskie Woda Woda Cl - Na + Cl - K + Na + Ryby HCO - 3 NH + 4 K + Cl - Na + K + K + Na + K +Cl- K + Na + Ciało Ciało

34 Nerki ryb kostnoszkieletowych nerka głowowa - krwiotwórcza nerka tułowiowa - wydalnicza + wydzielnicza 1. Całkowicie połączone 2. Częściowo połączone 3. Całkowicie rozdzielone NERKA

35 Nefron

36 Typy nefronów u ryb Brak pętli nefronu!

37 Nefrony u ryb Słodkowodne - Kłębuszkowe usuwanie nadmiaru wody reabsorpcja jonów Morskie - Kłębuszkowe lub bezkłębuszkowe sekrecja nadmiaru jonów (Mg 2+, SO 4 2- )

38 Ryby nie wytwarzają hiperosmotycznego moczu

39 Ryby nie wytwarzają hiperosmotycznego moczu Ryby morskie Jon Stężenia jonów [mmol/dm 3 ] Osocze Mocz M/O Na + 174,2 17,1 0,1 K + 2,9 1,4 0,5 Ca 2+ 2,7 19,3 7 Mg 2+ 1,1 133,4 120 Cl - 145,9 120,6 0,8 SO 2-4 0,2 68,5 342 PO 3-4 2,7 9,6 3,5 Suma 329,7 369,9 Ryby słodkowodne Jon Stężenia jonów [mmol/dm 3 ] Osocze Mocz M/O Oncorhynchus mykiss Na ,3 <0,1 K + 6,0 1,3 0,2 Ca 2+ 2,7 0,7 0,3 Cl ,2 <0,1 Suma 303,7 21,5 Esox lucius Na ,6 0,03 K + 4,3 5,8 1,3 Ca 2+ 2,6 0,1 0,04 Cl ,8 0,05 Suma 259,9 21,1

40 Produkty przemiany materii ryb Węglowodany CO 2 +H 2 O Tłuszcze CO 2 +H 2 O Białka NH 3 Kwasy nukleinowe NH 3 CH 4 ON 2 (mocznik) Inne metabolity azotowe ryb: Kreatyna Kreatynina TMAO - tlenek trimetyloaminy - (CH 3 ) 3 NO C 5 H 4 O 3 N 4 (kwas moczowy)

41 Ryby kostnoszkieletowe są w większości amonioteliczne, a amoniak wydalają głównie przez skrzela

42 Wydalanie mocznika przez różne gatunki kostnoszkieletowych ryb słodkowodnych obligatoryjnie ureoteliczny fakultatywnie ureoteliczny amonioteliczny McDonald i in. The physiology and evolution of urea transport in fishes. J. Membrane Biol. 212, (2006)

43 Losy amoniaku w wodzie O 2 O 2 Amoniak (NH 3 ) Azotyny (NO 2 ) Azotany (NO 3 ) Nitrosomonas spp. Nitrobacter spp.

44 Ryby dwuśrodowiskowe anadromiczne Morze Łosoś atlantycki Salmo salar Wzrost Tarło Górny bieg rzeki Troć wędrowna Salmo trutta m. trutta Dolny bieg rzeki Wzrost Tarło Certa Vimba vimba Górny bieg rzeki

45 Cykl życiowy ryb anadromicznych

46 Ryby dwuśrodowiskowe katadromiczne Morze Sargassowe Wzrost Tarło Węgorz europejski Anguilla anguilla Rzeki i jeziora

47 Cykl życiowy ryb katadromicznych (Anguilla anguilla)