کیسه شنا ماهیان؛ خصوصیات و عملکرد فیزیولوژیک در تنظیم شنای ماهیان

کیسه شنا (Swim Bladder) یک اندام هیدرواستاتیک جهت تنظیم چگالی بدن و حفظ شناوری خنثی ماهی است؛ شناوری خنثی به معنی باقی ماندن در یک عمق مشخص بدون مصرف انرژی است. وظایف کیسه شنا علاوه بر ایجاد تعادل هیدروستاتیک، شامل تولید صوت، کمک به دریافت صوت و در برخی از ماهیان تنفس است. کیسه شنا به عنوان یک اندام کم‌چگال و پر از گاز در اکثر ماهیان استخوانی مشاهده می‌شود؛ البته در ماهیان فاقد کیسه شنا مکانیسم‌های دیگری برای حفظ شناوری توسعه یافته است که عبارتند از (1) استفاده از مقادیر زیادی ترکیبات کم‌چگال در بدن (مانند ذخیره چربی در کبد ه‌ماهیان)؛ (2) ایجاد حالت بالارونده به کمک باله‌هایی که از شکل و زاویه مناسب برخوردارند و همچنین قرار دادن سطوح بدن به شکل و زاویه مطلوب (ویژگی دم هتروسرک ه)؛ (3) کاهش بافت‌های سنگین مانند استخوان و عضله.

این اندام در اکثر ماهیان استخوانی باعث حفظ شناوری خنثی می‌شود. حفظ شناوری به وسیله این اندام مزیت‌های فیزیولوژیک برای ماهی دارد. کیسه شنا باعث کاهش مصرف انرژی به دو طریق می‌شود: (الف) ماهی بدون حرکت می‌تواند در یک عمق مشخص باقی بماند بدون این که تحت تاثیر نیروی جاذبه قرار بگیرد یا به طور خود به خود به دلیل کم بودن وزن نسبی یا چگالی به سطح آب جابجا شود و (ب) یک گونه ماهی دارای کیسه شنا به مراتب انرژی کمتری برای شنا در یک مسیر افقی نسبت به یک ماهی فاقد کیسه شنا مصرف می‌کند.

در واقع چنانچه نوع ماده درون کیسه شنا به جای گاز از مواد مایع یا بافت‌های جامد بود ماهیان کارایی‌های مربوط به کیسه شنا از دست می‌دادند. به عنوان مثال توانایی شناوری بدون حرکت (شناوری خنثی) و یا تغییر و تنظیم عمق شنای خود را تا حد زیادی از دست می‌دادند. اگر کیسه شنا جامد باشد ماهی‌ها مجبور خواهند بود دائما شنا کنند و در حرکت باشند و در نتیجه هم انرژی زیادی مصرف می‌کنند. در واقع برای پیشگیری از اثرات نیروی جاذبه یا انتقال خودبه خودی به سطح نیاز به مصرف انرژی زیادی داشتند. علاوه بر این امکان استفاده از این اندام برای تولید صوت و یا انتقال صوت را تا حد زیادی از دست می‌دادند و عملکرد تنفسی کیسه شنا که در برخی از ماهیان مشاهده می‌شود نیز کارایی خود را از دست می‌داد.

کیسه شنا به دو صورت است:

در ماهیان فیزوستوم (Physostom) مثل ماهیان ابتدائی (ماهی اسبله و کپور و غیره) کیسه شنا توسط مجرایی به نام مجرای پنوماتیک (Pneumtic duct) به دستگاه گوارش متصل می‌ماند. این ماهیان کیسه شنای خود را از طریق بلعیدن هوا در سطح آب پر می کنند. بنابراین در آبهای کم‌عمق زندگی می‌کنند (یا سطح زی هستند). در ماهیان فیزوکلیست (Physoclist) مثل ماهیان تلئوست عالی (سوف، اردک ماهی و غیره) این مجرا در مراحل اولیه رشد از بین رفته و تنظیم حجم کیسه شنا توسط غده‌ای به نام غده گازی و رته میرابیل صورت می‌گیرد.

مکانیسم تنظیم عمق شنا

در اعماق زیاد کیسه شنا جهت شناوری باید انبساط بیشتری پیدا کند. در سطح آب فشار گاز داخل کیسه شنا برابر یک اتمسفر است در حالی که به ازای هر 10 متر افزایش عمق حدود یک واحد بر میزان فشار گاز افزوده می‌شود و بنابراین حجم گازها کاهش می‌یابد. حجم گاز با میزان فشار نسبت عکس دارد. بنابراین وقتی یک ماهی از یک عمق مشخص پایین تر می‌رود به دلیل افزایش فشار آب، گاز درون کیسه شنا فشرده و متراکم‌تر می‌شود. ماهی برای حفظ شناوری و چگالی نسبی؛ بایستی گاز بیشتری به درون کیسه شنا ترشح کند و برعکس وقتی ماهی از عمقی مشخص به نزدیکی سطح آب می‌آید به دلیل کاهش فشار ستون آب، حجم گازهای درون کیسه شنا افزایش می‌یابد زیرا تراکم گازها کم می‌شود و ماهی مجبور است گازهای درون کیسه شنا را جذب کرده یا تخلیه کند. به همین علت وقتی ماهیان از اعماق زیاد صید می‌شوند و به سرعت به سطح کشتی منتقل می‌شوند کیسه شنا متورم شده و از دهان ماهی بیرون می‌زند.

به طور خلاصه ماهیان وقتی به اعماق می روند، مقدار گاز موجود در کیسه شنای خود را افزایش می‌دهند تا سنگین تر شوند ولی وقتی از اعماق به مناطق سطحی تر نزدیک می شوند، به دلیل کاهش فشار ، حجم گاز داخل کیسه شنا زیاد شده ومقداری از آن خارج می شود.