Informatie

Waarom kunnen vissen uit het water overleven?


Het is duidelijk dat mensen een korte tijd onder water kunnen overleven. Ik heb aangenomen dat dit komt omdat het ons op een gegeven moment ten goede kwam om even te stoppen met ademen, en dus ontwikkelden we een ademhalingssysteem dat in staat was om korte pauzes te nemen.

Evenzo kunnen vissen korte tijd buiten water overleven. Ik kan echter geen enkel geval bedenken voor de meeste vissen waarbij ze dat vermogen misschien moesten ontwikkelen. Zelfs hun voorouders zijn afkomstig uit aquatische milieus, dus ik denk niet dat het een restvermogen is dat ze niet langer nodig hebben.

Waarom hebben vissen een ademhalingssysteem ontwikkeld dat pauzes kon nemen zoals het onze?


Heb geen al te "panselectionistische" kijk op evolutie!

Je kunt een tijdje overleven in een kwikbad. Je kunt een tijdje naakt in de ruimte overleven (zie hier). Maar geen van uw voorouders was aan dergelijke omstandigheden blootgesteld. We kunnen tolerant zijn voor bepaalde omstandigheden zonder dat we zijn geselecteerd om het te tolereren.

Op dezelfde manier slaagde je erin om te overleven in je zeer specifieke omgeving. Maar geen van je voorouders is ooit in deze specifieke omgeving terechtgekomen.

Met andere woorden, evolutie is meer dan alleen natuurlijke selectie. Niet elk fenotype in elke denkbare omgeving is het resultaat van een directe selectieve druk die erop inwerkt. Een klassiek en gemakkelijk leesbaar artikel over dit onderwerp is Gould en Lewontin (1979).

Waarom sterven vissen niet plotseling buiten het water?

De belangrijkste reden waarom vissen buiten water sterven, is dat ze geen zuurstof uit de lucht kunnen opnemen (zie Ademen onder water; longvissen buiten beschouwing laten). Dus als vissen eenmaal alleen aan lucht zijn blootgesteld, stoppen ze met het opnemen van zuurstof, consumeren ze de zuurstof die ze nog in hun bloedsomloop en weefsels hebben achtergelaten en sterven ze langzaam door verstikking, maar er is geen reden om de dood direct en plotseling te laten zijn.


Het antwoord is simpel. De kieuwen van een vis worden blootgesteld aan lucht die zuurstofrijk is. Kieuwen kunnen zuurstof uit de lucht opnemen. We inhaleren geen water, dus mensen onder water moeten hun adem inhouden. Ik neem aan dat de vraag niet verwijst naar longvissen, die hun zwemblazen (homoloog aan onze longen) hebben aangepast om zuurstof op te nemen.


Corrigeer dat ze niet "voldoende" hoeveelheden kunnen opnemen, maar een beetje is alles wat ze nodig hebben voor een uur of zo van verstikking. De vraag was niet waarom vissen niet hun hele leven buiten het water kunnen leven, maar waarom ze niet meteen doodgaan.


Eigenlijk is er een enorme groep vissen die lucht moet inademen, levende vissen moerassen, stilstaand water is erg zuurstofarm, daarom slikken veel vissen lucht (lucht bevat veel meer beschikbare zuurstof dan stilstaand water) zelfs goudvissen in huis zullen dit doen is slecht geoxygeneerde kommen (zie hieronder). in feite vertonen de vroege voorouders van gewervelde landdieren veel aanpassingen voor het leven in moerassen, benen werken ook beter in moerassen dan vinnen (tenminste boven een bepaalde grootte) dat is de reden waarom zoveel moerasvissen pootachtige vinnen ontwikkelen, zoals de snakehead-vis . Dit zijn geen aanpassingen voor land, maar voor ondiep stilstaand water, met name voor hypoxisch water.

Merk op dat de meeste van deze vissen geen longvissen (of lobvinvissen) zijn, het zijn straalvinvissen, ze gebruiken hun zwemblaas om zuurstof te extraheren. Oppervlakteademhaling in het water is in feite een zeer wijdverbreid gedrag bij vissen en kan worden veroorzaakt bij een zeer groot aantal vissen met straalvin. Het gedrag is vrij goed bestudeerd en heeft meerdere keren geleid tot een beter ontwikkelde luchtademhaling.

Vissen die dit niet kunnen (zoals haaien) zullen op het land zeer snel sterven als ze stikken, omdat kieuwen in de lucht niet werken. Het risico voor normale vissen is uitdroging van hun ademhalingsweefsel, of terwijl ze IN water zijn, heeft dit een gemakkelijke oplossing.


1. Hebben vissen echt zuurstof nodig?

Als mensen hebben we zuurstof nodig om te ademen, vissen zijn niet anders. In plaats van zoals wij zuurstof uit de lucht te halen, halen ze tijdens het zwemmen opgeloste zuurstof uit het water.

Er zit veel meer zuurstof in de lucht dan in water. Dit maakt het veel gemakkelijker om zuurstof te krijgen als ze op het land leven, maar vissen hebben kieuwen ontwikkeld om ze in het water te laten overleven.

    absorberen een grote hoeveelheid zout tijdens het ademen omdat het in het water is. Daarom hebben ze een gespecialiseerd mechanisme nodig om overtollig zout uit hun lichaam te verwijderen.
  • Zoetwatervissen hebben het tegenovergestelde probleem. Er zit niet veel zout in het water, dus ze hebben een mechanisme nodig om zoveel mogelijk vast te houden.

Vissen hebben zuurstof nodig om dezelfde reden als mensen. Zonder dat zullen ze moeite hebben om te ademen en uiteindelijk sterven.

Zuurstof wordt gecombineerd met andere elementen om eiwitten te maken en zelfs nieuwe cellen te vormen.
Bij het afbreken van voedsel in het lichaam wordt zuurstof gebruikt om de energie om te zetten en op te slaan. Deze energie wordt gebruikt bij alle actieve processen in het lichaam.

Vissen hebben niet zoveel zuurstof nodig als wij omdat ze koudbloedig zijn. Warmbloedige dieren hebben extra energie nodig om het lichaam op temperatuur te houden. Vissen hebben deze energie niet nodig, dus ze kunnen overleven met minder voedsel en zuurstof.

Er is een eindige hoeveelheid zuurstof in een waterlichaam. Hoe groter het waterlichaam, hoe groter het oppervlak en dus hoe meer zuurstof.

In een aquarium kan dit een groot probleem zijn. Er is maar een kleine hoeveelheid water, wat betekent dat het snel zonder zuurstof kan komen te zitten. Dit is slechts één reden waarom de tankgrootte zo belangrijk is.

Aquarianen kunnen planten gebruiken om wat zuurstof in de tank te brengen terwijl ze fotosynthetiseren. Luchtpompen zijn ook nuttig omdat ze zuurstofarm water naar de oppervlakte brengen en een kleine circulatie vormen.


Podcast: Hoe werken mRNA-vaccins en waarom werden ze zo snel ontwikkeld?

G enetics Unzipped is terug voor 2021 met een nieuwe reeks verhalen uit de wereld van genen, genomen en DNA, van de geschiedenis van genetica tot het nieuwste baanbrekende onderzoek. In de eerste aflevering werpt geneticus dr. Kat Arney een blik op de ontdekking van messenger RNA (mRNA) en ontdekt hij hoe mRNA in razend tempo in gebruik is genomen als een COVID-19-vaccin.

Er waren enkele grote namen betrokken bij de ontdekking van mRNA in de jaren zestig - Francis Crick, Sydney Brenner, Francois Jacob en meer - maar wie ontdekte deze essentiële moleculaire boodschapper eigenlijk? En waarom heeft niemand er een Nobelprijs voor gewonnen?

Zoals wetenschapper en auteur Matthew Cobb uitlegt: “Wie heeft mRNA ontdekt? Het is ingewikkeld. Geen wonder dat het Nobelprijscomité niet heeft geprobeerd de ontdekking te belonen. Het zou belachelijk zijn om slechts drie (of zelfs zes) mensen te noemen - mRNA was het product van jarenlang werk door een gemeenschap van onderzoekers, die verschillende soorten bewijs verzamelden om een ​​probleem op te lossen dat nu voor de hand liggend lijkt, maar in die tijd buitengewoon moeilijk was.& #8221

Vanaf de jaren zestig komen we tot op de dag van vandaag om te kijken naar mRNA-vaccins voor COVID-19, die in razend tempo zijn ontwikkeld om de pandemie aan te pakken. We onderzoeken de belangrijkste doorbraken die het smachtende veld van mRNA-therapieën hebben veranderd in een baanbrekende medische technologie, bekijken hoe mRNA-vaccins werken en waarom ze zo snel werden ontwikkeld voor COVID-19, en onderzoeken hoe deze nieuwe technologie zou kunnen veranderen het gezicht van immunisatie en volksgezondheid in de toekomst.


Evolutie: uit de zee

Op donderdag 26 juli werd SciLogs.com gelanceerd, een nieuw Engelstalig wetenschapsblognetwerk. SciLogs.com, de gloednieuwe thuisbasis voor bloggers van Nature Network, maakt deel uit van de internationale verzameling blogs van SciLogs die al bestaat in het Duits, Spaans en Nederlands. Om deze toevoeging aan de wetenschappelijke blogfamilie van NPG te vieren, publiceren sommige van de NPG-blogs berichten over 'Begin'.

Deelnemen aan dit netwerkoverschrijdende blogfestival zijn de Soapbox Science-blog van nature.com, de Student Voices-blog van Scitable en bloggers van SciLogs.com, SciLogs.de, Scitable en Scientific American's Blog Network. Ga met ons mee terwijl we de verschillende interpretaties van het begin verkennen - van wetenschappelijke voorbeelden zoals stamcellen tot ervaringen voor het eerst, zoals het publiceren van je eerste paper. Je kunt de gesprekken op sociale media ook volgen en eraan bijdragen door de hashtag #BeginScights te gebruiken. – Bora

In het begin was de aarde vormeloos, en leegte en duisternis lag op het oppervlak van de diepte, toen een gigantische wolk van gas en stof instortte om ons zonnestelsel te vormen. De planeten werden gesmeed terwijl de nevel ronddraaide, in beweging werd gebracht door een nabije supernova, en in het centrum, de snelste samendrukking van deeltjes die ontstoken werden om onze zon te worden. Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden begon een gesmolten aarde af te koelen. Gewelddadige botsingen met kometen en asteroïden brachten de vloeistof van het leven - water - en de wolken en oceanen begonnen vorm te krijgen. Pas een miljard jaar later werd het eerste leven voortgebracht, dat de atmosfeer met zuurstof vulde.

In de komende paar miljard jaar versmolten eencellige organismen en werden meercellige lichaamsplannen die werden gediversifieerd en uitgestraald, en explodeerden in een reeks ongewervelde dieren. Toch was al deze overvloed en dit leven beperkt tot de zeeën, en een uitgestrekt en overvloedig land bleef ongebruikt. Ongeveer 530 miljoen jaar geleden zijn er aanwijzingen dat duizendpootachtige dieren de wereld boven water begonnen te verkennen. Ergens ongeveer 430 miljoen jaar geleden koloniseerden planten en koloniseerden de kale aarde, waardoor een land ontstond dat rijk was aan voedsel en hulpbronnen, terwijl vissen evolueerden van voorouderlijke gewervelde dieren in de zee. Het duurde nog 30 miljoen jaar voordat die prehistorische vissen uit het water kropen en begonnen aan de evolutionaire lijn waar we nu bovenop zitten. Om het leven zoals we het kennen te begrijpen, moeten we terugkijken naar waar we vandaan kwamen en begrijpen hoe onze voorouders een gloednieuwe wereld boven de golven trotseerden.

Het was een kleine stap voor vissen, maar een grote sprong voor dieren. Maar als we kijken naar moderne vissoorten, is het niet zo moeilijk om je de langzame aanpassing aan het leven op zee voor te stellen. Laatst was ik mijn huisdierenschorpioenvis Stumpy aan het voeren, en hij verraste me met deze langzame, opzettelijke kruip naar zijn eten:

Een aantal vissen vertoont eigenschappen die niet lijken op die van de eerste tetrapoden: de vierpotige gewervelde dieren die voor het eerst het leven op het land trotseerden, directe afstammelingen van oude vissen. Veel familieleden van Stumpy, waaronder de poon, staan ​​bekend om hun "loop"-gedrag. Evenzo hebben mudskippers zich anatomisch en gedragsmatig aangepast om op het land te overleven. Ze kunnen niet alleen hun vinnen gebruiken om van plaats naar plaats te springen, ze kunnen ook door hun huid ademen zoals amfibieën doen, waardoor ze kunnen overleven wanneer ze hun ondiepe poelen verlaten. Lopende meervallen hebben hun ademhalingssysteem zo veranderd dat ze dagen buiten het water kunnen overleven. Maar dit zijn allemaal slechts glimpen van hoe de eerste tetrapoden begonnen, aangezien geen van deze dieren zich volledig heeft aangepast aan het leven op het land. Om te begrijpen hoe tetrapoden zo'n prestatie hebben geleverd, moeten we eerst de barrières begrijpen die lagen tussen hun leven onder de zee en het land daarboven dat hen wachtte.

Leven in lucht in plaats van water is beladen met moeilijkheden. Locomotie is een probleem, hoewel, zoals de evolutie in een aantal geslachten heeft aangetoond, niet zo'n groot probleem is als je zou denken. Maar hoewel modderspringers en meervallen gemakkelijk lijken te lopen, kan hetzelfde niet worden gezegd van onze voorouders. Enkele van de vroegste tetrapoden, zoals Ichtyostega waren behoorlijk omslachtig op het land en brachten waarschijnlijk het grootste deel van hun tijd door in het comfort van het water. Deze eerste tetrapoden kwamen uit een oude geslachten van vissen, de Sarcopterygii of Lobe-Finned Fish genaamd, waarvan er vandaag nog maar een paar over zijn. Zoals de naam al aangeeft, hebben deze dieren vlezige, peddelachtige vinnen in plaats van de dunne roggen van de meeste moderne vissoorten. Deze lobbenvinnen, bedekt met vlees, waren rijp om zich aan te passen aan ledematen.

Maar deze vroege tetrapoden moesten meer ontwikkelen dan een nieuwe manier van lopen - hun hele skelet moest veranderen om meer gewicht te dragen, omdat water de massa ondersteunt op een manier die lucht gewoon niet doet. Elke wervel moest sterker worden voor ondersteuning. Ribben en wervels veranderden van vorm en evolueerden voor extra ondersteuning en om het gewicht beter te verdelen. Schedels losgekoppeld en nekken evolueerden om een ​​betere mobiliteit van het hoofd mogelijk te maken en de schokken van het lopen te absorberen. Botten gingen verloren en verschoven, waardoor de ledematen werden gestroomlijnd en het vijfcijferige patroon ontstond dat nog steeds wordt weerspiegeld in onze eigen handen en voeten. Gewrichten scharnierend voor beweging en naar voren gedraaid om kruipen met vier poten mogelijk te maken. Over het algemeen duurde het ongeveer 30 miljoen jaar om een ​​lichaamsplan te ontwikkelen dat geschikt was om op het land te lopen.

Tegelijkertijd stonden deze omslachtige landbewoners in spe voor een ander obstakel: de lucht zelf. Met kieuwen die bedreven waren in het opnemen van zuurstof uit water, waren vroege tetrapoden slecht uitgerust om lucht in te ademen. Hoewel velen denken dat vroege tetrapoden hun kieuwen in longen veranderden, is dit eigenlijk niet waar - in plaats daarvan was het het spijsverteringsstelsel van de vis dat zich aanpaste om longen te vormen. De eerste tetrapoden die het water verlaten, ademen door lucht in te slikken en zuurstof in hun darmen op te nemen. Na verloop van tijd vormde zich een speciale zak, waardoor een betere gasuitwisseling mogelijk was. Bij veel vissen bestaat een vergelijkbare structuur - een zwemblaas genaamd - waarmee ze het drijfvermogen in het water kunnen aanpassen, en daarom hebben velen de hypothese geopperd dat tetrapod-longen gecoöpteerde zwemblazen zijn. In feite is onduidelijk wanneer precies tetrapoden longen ontwikkelden. Hoewel de enige overlevende familieleden van vroege tetrapoden - de longvissen - ook longen hebben (als hun naam dat niet verraadt), lijken veel fossiele tetrapoden ze niet te hebben, wat suggereert dat longvissen onafhankelijk hun vermogen om lucht te ademen hebben ontwikkeld. Wat we wel weten, is dat het pas ongeveer 360 miljoen jaar geleden was dat tetrapoden echt ademden zoals hun moderne nakomelingen.

Het andere probleem met lucht is dat het de neiging heeft om dingen droog te maken. Je hebt misschien de statistiek gehoord dat ons lichaam voor 98% uit water bestaat, maar als goed ontwikkelde landorganismen hebben we hoogontwikkelde structuren die ervoor zorgen dat al dat water niet zomaar verdampt. De vroege tetrapoden moesten deze zelf ontwikkelen. In het begin, zoals de amfibieën die eruit zouden voortkomen, bleven veel tetrapoden waarschijnlijk in vochtige habitats plakken om waterverlies te voorkomen. Maar uiteindelijk moesten dieren, om droge gebieden en woestijnen te veroveren, een andere manier vinden om te voorkomen dat ze uitdrogen. Het is waarschijnlijk dat veel van de vroege tetrapoden begonnen te experimenteren met manieren om hun huid waterdicht te maken. Nog belangrijker was de kwestie van de droge eieren. Amfibieën lossen het droogteprobleem op door hun eieren in water te leggen, maar de tetrapoden die land veroverden, hadden die luxe niet.

De oplossing voor de droge aard van het land was om eieren in een aantal membraanlagen te omhullen, in wat nu bekend staat als een amniote-ei. Zelfs onze eigen kinderen weerspiegelen dit, aangezien menselijke baby's nog steeds groeien in een vruchtzak die de foetus omringt, ook al leggen we geen eieren meer. Door deze cruciale aanpassing konden dieren de banden met waterige habitats verbreken en onderscheidt de belangrijkste lijn van tetrapoden, waaronder reptielen, vogels en zoogdieren, van amfibieën.

Door deze cruciale aanpassingen aan tetrapodskeletten en anatomie konden ze de wereld boven de golven veroveren. Zonder hun evolutionaire vindingrijkheid zou een diverse reeks dieren, inclusief alle zoogdieren, niet zijn waar ze nu zijn. Toch begrijpen we nauwelijks de ecologische instellingen die deze vroege dieren uit de zee hebben verdreven. Biedt het droge land een eindeloze overvloed aan voedsel die niet mag ontbreken? Misschien, maar er zijn aanwijzingen dat onze voorouders de droge wereld al heel vroeg trotseerden, zelfs vóór de meeste terrestrische planten of insecten, dus het is mogelijk dat de aarde onvruchtbaar was. Ontsnapten ze aan concurrentie en predatie in de diepte? Of was land om een ​​nog onbekende reden belangrijk? We zullen het misschien nooit weten. Maar als we nadenken over ons begin, moeten we de gedurfde dieren die de diverse evolutionaire afstamming waar we deel van uitmaken begonnen, de eer geven. Hoewel we misschien nooit zullen begrijpen waarom ze het water hebben verlaten, zijn we dankbaar dat ze dat deden.

Andere berichten in de Evolution-serie:

Foto: Een model van Tiktaalik rosea, een van de vroegste voorouders van de tetrapoden. Foto met dank aan Tyler Keillor.


Invasie van de Snakeheads

De scène is het kantoor van een sheriff in de buurt van een bergmeer, waar een jager en zijn hond dood zijn gevonden. De sheriff zet een feloranje jachtvest op zijn bureau voor een bezorgde vrouw. Ze knikt en identificeert het als de naam van haar man. “Hij hield van die hond,'zegt ze huilend.

'Luister, Norma,' zegt de sheriff. “Als er iets is dat ik kan doen, vertel het me dan.”

“Je kunt het dier vinden dat dit heeft gedaan en het rechtstreeks naar de hel sturen. Dat kan.”

De boosdoener in de voor tv gemaakte film van Sci Fi Channel Snakehead Terror blijkt een meer vol monstervissen te zijn. Deze sterdraai past bij de grote 'Frankenvis'8221 die veel huiveringwekkende kranten- en televisienieuwsverhalen heeft voortgebracht: de noordelijke slangenkop.

Naast het inspireren van filmmakers, baarde de verschijning van de snakehead in de Noord-Amerikaanse wateren de afgelopen jaren zorgen voor natuurbiologen en commerciële en sportvissers. Ze zijn bang dat het nieuwe rivieren zal binnendringen, zich ongebreideld zal vermenigvuldigen en andere soorten zal verdrijven.

De noordelijke slangenkop komt oorspronkelijk uit Azië en is een van de 29 soorten slangenkoppen. Het maakte zijn nationale nieuwsdebuut in 2002, nadat een visser in een vijver achter een stripwinkelcentrum in Crofton, Maryland, een lange, magere vis ving, ongeveer 18 centimeter van begin tot eind, die noch hij, noch zijn vismaatje herkenden. Ze fotografeerden de vis voordat ze hem een ​​maand later teruggooiden, een van hen nam de foto mee naar het Maryland Department of Natural Resources (DNR). Een bioloog van een agentschap e-mailde de foto naar visexperts, die Maryland vertelden dat het een slangenkop op zijn handen had.

Nadat een andere visser een slangenkop in dezelfde vijver had gevangen en een paar baby's had gevangen, brak de hel los. Nationale kranten en tv-nieuwsverslagen beschreven slangenkoppen als wrede roofdieren die elke vis in een vijver zouden opeten, dan over land waggelen naar een ander waterlichaam en het opruimden. Een verslaggever van de Baltimore Sun noemde het 'een metgezel voor de Creature from the Black Lagoon'.' De engste rapporten bleken gelukkig niet te kloppen. Hoewel sommige soorten slangenkoppen inderdaad lange afstanden over de grond kunnen kronkelen, lijkt de noordelijke slangenkop, de enige soort die in de Crofton-vijver wordt gevonden, daar niet een van te zijn. Maar noordelijke slangenkoppen eten graag andere vissen, en een zware regenbui kan een of meer van de vijvers wegspoelen naar een nabijgelegen rivier die door een National Wildlife Refuge loopt en in de Chesapeake Bay, de grootste riviermond van Noord-Amerika. Om de dreiging van de slangenkop te elimineren, dumpten natuurbeambten van Maryland het pesticide rotenon in de Crofton-vijver, waarbij al zijn vissen werden gedood. Zes volwassen slangenkoppen gingen omhoog, net als meer dan 1.000 juvenielen. Probleem opgelost. Of zo leek het.

Twee jaar later vervulden noordelijke slangenkoppen de grootste angst van biologen en doken op in de Potomac-rivier. Experts vreesden dat slangenkoppen in de Potomac, door andere vissen te eten of ze te verslaan voor voedsel, het aantal meer wenselijke soorten, zoals elft of largemouth bass, zouden kunnen verdrijven. Je kunt vergif dumpen in een kleine, afgesloten vijver, maar je kunt de Potomac niet vergiftigen. Het is een brede, ondiepe rivier die ontspringt in West Virginia en 380 mijl loopt voordat hij uitmondt in de Chesapeake. De baai voedt de economie van de regio door middel van recreatie en visserij. Slangenkoppen konden niet overleven in het licht zoute water van de baai, maar ze konden wel elft, vissen die paaien in de Potomac en andere zijrivieren van zoet water, wegjagen. Er zijn al miljoenen dollars uitgegeven aan het uitzetten van vis, het aanpassen van dammen en andere projecten om de elft te helpen, die vroeger overvloedig genoeg was om een ​​commerciële visserij in de baai te ondersteunen.

Naast Crofton en de Potomac zijn de vissen ook op verschillende andere plaatsen in de Verenigde Staten opgedoken. In 1997 werd er een gevangen in een meer in Zuid-Californië. In 2000 verschenen er nog een paar in de wateren van Florida. In Massachusetts werd er één gevangen in 2001 en een tweede in 2004. En in juli 2004 ving een visser er twee in een meer in een park in Philadelphia. Net als de Crofton-vissen hadden de Philadelphia-vissen zich gevestigd en begonnen ze zich voort te planten. Maar in tegenstelling tot de Crofton-vis hadden ze toegang tot een rivier, de Schuylkill, die uitmondt in de Delaware. Bovendien stonden de getijdenpoorten die normaal gesproken vissen in het park houden al twee jaar open. Visserijmanagers in Philadelphia besloten dat het vergiftigen of droogleggen van de onderling verbonden vijvers van het park meer schade zou toebrengen aan de aanwezige vissen dan de slangenkoppen, en hebben zich bij de slangenkoppen neergelegd en zijn een nieuw lid van het ecosysteem van het park geworden. De meest recente verrassing was afgelopen oktober toen een noordelijke slangenkop uit Lake Michigan werd getrokken. De vangst heeft de angst gewekt dat het vraatzuchtige roofdier de Grote Meren zou kunnen overnemen.

De noordelijke slangenkop, die inheems is in delen van China, het verre oosten van Rusland en het Koreaanse schiereiland, lijkt voor het onoplettende oog misschien lelijk: hij heeft grote, puntige tanden en, gezien zijn bijzonder zware slijmlaag, een slijmprobleem. Het kan tot vijf voet lang worden. Net als zijn reptielachtige naamgenoot is hij lang en slank en kan hij vlekkerige slangachtige patronen op zijn huid vertonen. In tegenstelling tot de meeste vissen heeft de noordelijke slangenkop kleine zakjes boven zijn kieuwen die bijna als longen functioneren. De vis kan naar de oppervlakte komen en lucht in de zakjes zuigen, en tijdens het zwemmen zuurstof uit de opgeslagen lucht halen. De luchtzakken zijn handig om te overleven in zuurstofarme wateren en laten de vissen zelfs een paar dagen buiten het water overleven, zolang het maar niet uitdroogt. Een vrouwtje legt duizenden eieren tegelijk, en beide ouders bewaken hun nakomelingen in een groot nest dat ze maken op een open plek met waterplanten.

Noordelijke slangenkoppen zijn een populair voedsel in hun oorspronkelijke verspreidingsgebied waarvan wordt gezegd dat ze goed eten, vooral in waterkerssoep, zij het een beetje benig. Ze worden commercieel gevist en gekweekt in viskwekerijen in Azië. Ze zijn ook live verkocht op markten in de Verenigde Staten. De Crofton-slangenkoppen werden uiteindelijk teruggevoerd op een man uit Maryland die twee van de vissen in New York City had gekocht om zijn zus op te eten. Toen ze bezwaar maakte, hield hij ze in zijn aquarium en liet hij ze later vrij. De Amerikaanse Fish and Wildlife Service verbood al snel de invoer en het transport tussen staten van slangenkoppen, een plan dat al in de maak was, juist vanwege de angst dat sommige slangenkopsoorten zouden kunnen gedijen in parken, rivieren en meren als ze los zouden raken. Het verbod maakte het illegaal om alle levende slangenkopsoorten te importeren, inclusief de kleurrijke tropische soorten die het vreemde aquarium bevolken. Virginia heeft het bezit van alle slangenkoppen verboden.

Maar de verboden hebben niet iedereen tegengehouden. Een kruidenier in Los Angeles werd afgelopen mei gearresteerd omdat hij naar verluidt levende noordelijke slangenkoppen vanuit Korea het land in had gesmokkeld en deze in zijn winkel had verkocht. Hij pleitte schuldig aan het importeren van een schadelijke soort. Amerikaanse fans van snakehead-soep en andere delicatessen kunnen echter nog steeds legaal gedode, bevroren snakeheads verkrijgen, die verkrijgbaar zijn op veel van de Aziatische markten die ze ooit levend verkochten.

Afgelopen april ving een visser op een dag een pittige noordelijke slangenkop in Pine Lake, in Wheaton, Maryland, buiten Washington, D.C. Lokale functionarissen hebben het meer drooggelegd, maar vonden geen slangenkoppen meer. Toen, als een ecologisch spelletje Whac-a-Mole, stak een andere noordelijke slangenkop de volgende week zijn kop op toen een professionele basvisser een 12 1/2-incher trok van Little Hunting Creek, een zijrivier van Potomac in Virginia, ongeveer 24 mijl ten zuiden van de hoofdstad van het land. Biologen probeerden netten te gebruiken om slangenkoppen in de rivier te vangen, maar besloten uiteindelijk dat een betere manier zou zijn om vissers de vis te laten bevissen met gewone oude haken en lijnen, wat leidde tot een van de vreemdere vistoernooien in de recente geschiedenis.

Op een bewolkte vrijdagochtend in juli voegde ik me bij een paar dozijn vissers bij Columbia Island Marina in Arlington, Virginia, over een smal kanaal van het Pentagon. De Snakehead Roundup van 2004 stond op het punt van beginnen. De verzameling werd gesponsord door de Marina Operators Association of America om booteigenaren eraan te herinneren ervoor te zorgen dat ze geen ongewenste soorten van de ene plaats naar de andere vervoeren, bijvoorbeeld als lifters op hun boten of aanhangwagens, en om hen te laten weten hoe noordelijke slangenkoppen eruit zien . Hoewel er tegen die tijd 16 volwassen slangenkoppen in de Potomac waren gevangen, wist niemand of ze daar waren geboren of dat iemand ze er net in had gegooid of zelfs hoe vaak ze waren.

Ik voer mee in een wit-blauwe skiboot van drie meter lang met drie managers van een familiebedrijf waarvan de baas het niet erg vond dat de informatietechnologie-divisie die dag zelf aan de gang was. “We houden een externe vergadering,'legde software-ontwerper Brian Turnbull uit. De schoonvader van Turnbull, die Vietnamees is, vroeg hem om een ​​slangenkop mee naar huis te nemen. 'Hij zegt dat als je er een vangt, je hem niet aan de staat hoeft af te staan. Het is een delicatesse.''Gelukkig hoefde Turnbull niet te kiezen tussen plicht jegens het gezin of jegens de samenleving, omdat hij geen slangenkop had gevangen. Noch iemand anders op de boot, en we kwamen erachter toen we later bij de jachthaven stopten, niemand anders in de razzia.

Een paar weken later leek John Odenkirk, een bioloog van het Virginia Department of Game and Inland Fisheries, de sheriff in Snakehead Terror, die zijn moorddadige meer vol slangenkoppen doodt door ze te elektrocuteren met een neergehaalde hoogspanningslijn. Odenkirk, die een aluminium boot door Dogue Creek, een zijrivier van de Potomac, dreef, was aan het 'elektrovissen', waarbij ongeveer 1.000 volt door een giek moest worden geleid die uit de boeg stak en draden als tentakels in het water sleepte. “Hoogspanning . . . Het op een na beste ding na explosieven, lees de kleine lettertjes op de achterkant van Odenkirks groene T-shirt 8220Snakehead Task Force 8221, dat hij ontwierp om aan collega's te verkopen voor $ 12 per stuk.

Electrofishing, een veelgebruikte bemonsteringsmethode in visserijonderzoek, is niet bedoeld om vissen te doden. Maar het kan ze een tijdje uitschakelen. (Het wordt niet als sportief beschouwd en vereist een speciale vergunning.) Odenkirk liet de boot in en uit de lege slips bij de Mount Vernon Yacht Club een paar mijl stroomafwaarts van Little Hunting Creek. Kleine visjes sprongen uit het water terwijl anderen gracieus op hun rug lagen, verbluft, net onder het wateroppervlak. Bioloog Steve Owens en technicus Scott Herrmann leunden over de boeg terwijl ze netten met lange steel vasthielden. De reactie van Afish op de elektrische stroom hangt af van de skeletstructuur, de schalen, de grootte en hoe dicht deze zich bij de draden bevindt. “Snakeheads zijn "ze zijn een soort van slechte konten,"8221 Odenkirk zei. “Ze houden niet van het sap en ze proberen het te vermijden.” Toch zou een slangenkop die dicht bij de hangende draden kwam, verdoofd zijn en aan de oppervlakte komen, zodat Herrmann of Owens zouden blijven haken. Tenminste, dat was de theorie. We reden de Potomac terug langs Mount Vernon naar Little Hunting Creek, waar in mei de eerste Potomac-slangenkop werd gevangen door een visser. Na anderhalf uur elektrovissen was de vangst veel karpers, verschillende soorten meervallen, een stel goudvissen, een garnaal met lange neus, een schildpad en geen slangenkoppen. Odenkirk zei dat hij altijd ruzie had na een mislukte dag vissen op slangenkoppen. Aan de ene kant, zei hij, was hij teleurgesteld dat hij er niet in was geslaagd er een te vangen. Aan de andere kant zou je blij zijn als je er nooit meer een zag

Hoewel we die dag geen slangenkoppen hebben gezien, zegt Odenkirk dat hij er zeker van is dat de vis zich in de Potomac heeft gevestigd of binnenkort zal zijn. “Het is gewoon niet eens een optie dat we ze allemaal hebben gevangen.” Hij zegt dat de vissen waarschijnlijk nestelen in brede, ondiepe vlakten van waterlelies en wetlands. “We kunnen gewoon niet terug in die gebieden.”

Maar andere functionarissen zeggen dat ze er niet van overtuigd zijn dat de vissen hier blijven. Steve Early, adjunct-directeur bij de visserijdienst van de DNR, werkte in 2002 aan de Crofton-vijver en heeft enkele Potomac-slangenkoppen behandeld. Hij denkt dat de vissen pas zeer recent in de rivier zijn gedumpt, misschien na het verbod van 2002 op het bezit van slangenkoppen in Virginia. Hij wijst erop dat de meeste slangenkoppen die dit jaar zijn gevangen 2 tot 6 jaar oud zijn, en dat als ze al jaren in de Potomac hadden gewoond, iemand er zeker al eerder een had gevangen. Early bleef niet overtuigd, zelfs nadat afgelopen september een baby-slangenkop werd gevonden in een zijrivier van de Potomac. Het was de 20e noordelijke slangenkop die in het stroomgebied van Potomac werd gevangen, en de eerste juveniele. 'Nou, dat is geen goed nieuws', zegt hij over de ontdekking, maar wijst erop dat als sommige slangenkoppen erin slagen zich voort te planten, ze misschien nooit zullen gedijen in de grote rivier. Hun toekomst hangt er ook van af of andere vissen in de Potomac een voorliefde voor slangenkopvissen ontwikkelen.

Voorlopig werken wetenschappers aan het uitzoeken hoe de volwassenen daar zijn gekomen. Het is een kritische vraag: als de vissen onlangs in de rivier zijn gedumpt, bestaat de kans dat ze sterven zonder een zichzelf in stand houdende populatie te hebben gegenereerd, maar er is meer nodig dan een hengel en een haspel of een stungun te beantwoorden.

Achter een deur in het National Museum of Natural History in Washington D.C. rusten exemplaren uit 's werelds grootste viscollectie. Smithsonian ichtyoloog Thomas Orrell liep door een gangpad tussen rijen grijze metalen planken met potten met labels zoals '8220China 1924'. Orrell hield een pot omhoog waarop stond Channa argus, de noordelijke slangenkop. 'Het zijn echt mooie vissen', zei hij.

Orrell probeert te achterhalen of de noordelijke slangenkoppen die afgelopen zomer in de Potomac zijn gevangen, daar zijn geboren. Hij analyseert DNA van 16 vissen. Als sommige van de Potomac-exemplaren nauw verwant zijn, is het waarschijnlijk dat de vissen in de rivier zijn gebroed. Als ze geen familie zijn, zijn ze waarschijnlijk in de rivier gedumpt. Orrell vergelijkt ook het DNA van Potomac-vissen met dat van de vissen die in de Crofton-vijver zijn gevangen, en test het idee dat iemand jonge exemplaren zou hebben gevangen voordat de vijver werd vergiftigd en ze in de Potomac had vrijgelaten.

Orrell leidde me door een kaal trappenhuis naar de kelder van het museum, langs zandzakken die bij een ingang waren opgestapeld in geval van hevige regen en een inloopvriezer die rook naar lang geleden gestorven vis, met onder meer een enorme tonijn die sinds de jaren zestig. Hij tilde de bovenkant van een nabijgelegen vrieskist op, wroet om zich heen en haalde er een lange, zwarte klomp uit. 'Pas op voor rondvliegend puin,' zei hij, terwijl hij een zwarte vuilniszak uitpakte en stukjes bevroren bloed rondstrooide. Binnenin zat een van de meest recente Potomac-vangsten: een donkere slangenkop met een ruitpatroon van meer dan een voet lang, nu stevig als een rots. Nadat hij het had laten zien, haalde Orrell zijn schouders op, wikkelde het in, legde het terug in de vriezer en waste zijn handen. He already knows whether the snakeheads are reproducing in the Potomac, but he isn’t telling adhering to scientific protocol, Orrell declines to share his data until they’ve been reviewed by other experts and published in a scientific journal.

If northern snakeheads do have some ecological impact in the Potomac, largemouth bass are likely to suffer, says U.S. Geological Survey fishery biologist Walter Courtenay, who in 2002 wrote a snakehead risk assessment for the agency. The two species have similar habitats and would probably eat each other’s young. Capt. Steve Chaconas, one of only a few full-time fishing guides on the Potomac, does not like snakeheads one bit. “Of course, I’m worried about what potential it could have to impact the fishery,” he says. “Also because I’m a businessperson and my business relies entirely on people coming here to fish.” Even now, he says, customers ask how much the snakeheads have hurt fishing. It’s hard to estimate the extent of the snakehead’s impact on largemouth bass and other Potomac species. The northern snakehead was introduced to rivers in Japan in the early 20th century, but there has been little study of its ecological effects there. (The largemouth bass, native to North America, was introduced to Japanese waters in 1925 and is reportedly terrorizing native fish and snakeheads alike.)

In southern Florida, a close relative of the northern snakehead, the bullseye or cobra snakehead, has been living for a few years in the canals of BrowardCounty. The fish, which is native to rivers in South Asia and Southeast Asia, can grow to four feet or longer, but there are not yet enough data to know what effect the bullseye snakehead has had or will have on Florida ecology. Courtenay says the fish probably first got into Florida waters through ritual animal release, a common practice in East Asia that some immigrants have continued in their new land. (A study conducted in Taiwan in the 1990s, for instance, found that 30 percent of Taipei citizens— most of them Buddhists—had released animals as part of a prayer.)

Florida is home to dozens of introduced fish. Paul Shafland, a fisheries scientist with the Florida Fish and Wildlife Conservation Commission, has worked with invasive fish for 30 years, but he isn’t as troubled by them as most biologists. “We have philosophically, largely determined that exotics are inherently bad, and that’s fine,” he says. But, he adds, some introduced fish might fill up some part of the food web that was previously unoccupied.

In fact, introduced fish are just about everywhere. Rainbow trout, native to the western United States, have been transplanted into cold waters all over the Midwest and East. In the Great Smoky MountainsNational Park, on the border between Tennessee and North Carolina, rainbows have taken over at least 70 percent of the native brook trout’s territory since the 1930s. In the late 1960s, the walking catfish, an Asian species that really can move over land, escaped into the Florida wild. They’ve walked their way into warm waters throughout the southern half of the state, without causing major damage so far, Shafland says.

Lake Michigan, says Philip Willink, an ichthyologist at Chicago’s FieldMuseum, is also infested with nonnative fish. “Out of eight species of salmon here, six are introduced,” Willink says. But, as in the Potomac, some native fish still hang on in the lake, and he says it’s worth fighting new invasions. “We’re just trying to preserve what is left, because once it’s gone, it’s gone.” Since the Lake Michigan snakehead was found in a fairly deep harbor with little vegetation—an unlikely snakehead habitat—Willink surmises that the fish was probably just tossed into the water. Scientists did some electrofishing in the harbor to look for more snakeheads but didn’t turn up any.


How do gills work?

As water passes over or is pumped over the gills, oxygen is absorbed by through the walls of the secondary lamellae and CO2 is released. The secondary lamellae contain blood with low levels of oxygen. As water flows over the lamellae oxygen is asborbed into the blood and then the blood pumped around the body by the fish’s heart. The large surface area of the secondary lamellae is also helpful for exchanging body heat, ions and water between the fish’s body and the surrounding water.

Having so many tiny secondary lamellae creates an enormous surface area for oxygen to be absorbed through. This is helped further by the fact that secondary lamellae have thin walls so gas can be absorbed into the blood stream easier. Dissolved oxygen is found in much lower concentrations in water than it is in air so gills need to be far more efficient with their absorption than lungs do.


Do you ever wonder what happens to the fish in a frozen lake?

It is winter in the Northern Hemisphere. The vicious cold has transformed the scattered blue lakes of the North Woods into white disks — barren wastelands of ice. The harsh winds rushing across the icy plains combined with average air temperatures that are just above freezing seem to offer a less-than-hospitable refuge for wildlife.

But a keen sportsman knows better. Cutting a hole in the ice and dropping a colorful lure down into the depths of the lake, a patient ice fisher knows that luck is on her side. Obscured from human eyes underneath the ice lies a healthy stock of fish, tantamount to populations in the warmest months of the year.

“They survive just fine under the ice,” says Jake Vander Zanden, Director of the University of Wisconsin–Madison Center for Limnology. “They are adapted to survive in these low temperatures it’s not that big of a deal.”

Fish survive quite well in the winter because they evolved experiencing the annual changes that take place in the Northern latitudes, which include big changes in temperature and the availability of oxygen throughout the seasons.

In the summer months, the water at the surface of a freshwater lake is heated by the sun, while the water at the bottom of the lake remains colder. Because cold water is more dense, it gets “locked in,” stuck underneath the warmer, less dense water.

As the months move by and the weather gets colder, the lake slowly moves toward an even temperature. Once the temperatures match between layers, the density differential dissipates and the water column flips over, in a process called fall mixing. The same mixing process happens again in the spring once the ice melts and the winds can churn the waters once again.

Following the fall water cycle, water temperatures across the lake reduce and the lake surface freezes. Because fresh water is maximally dense at 4 C, or 39.2 F, the water at temperatures below 4 C actually rise to the top of the water column, making the bottom layer the warmest, and the most attractive habitat for certain fish species to survive in during the winter.

Freshwater fish are “poikilotherms” that cannot regulate their body temperature except by their own actions, like swimming or basking. They are divided into two categories, warmwater and coldwater species.

“An example of a warmwater fish is a bass, they have their optimal temperature conditions on the warmer side,” Vander Zanden says. “They might be just found at around 25 C (77 F) and above, whereas coldwater fish may have their optimal conditions at 10 C (50 F).”

Outside of their optimal temperature range, fish must make adjustments to survive. One of the most common ways that fish adjust to the winter temperatures is by decreasing movement, thereby slowing down their metabolism to conserve energy, and diminishing their need to hunt or forage. And certain fish, like some species of catfish , will actually burrow into the soft silt down on the lake bed to stay warm.

“ Many fish species are low energy during the winter, they’re sitting there not moving around very much, and not feeding at all,” says Vander Zanden. “But, if you’re a fish swimming around, you still might get eaten by another fish.”

“The same predator prey interactions are happening under the ice,” he adds.

The consistency in the food chain under the ice assures that ice fishermen can secure a catch, knowing that hungry fish will be attracted to their lures. But food is one side of the survival coin for fish. On the other side are their oxygen needs.

“ From the perspective of a fish or any organism that needs oxygen, the aquatic environment is not a great place to be, because oxygen is in really low abundance in aquatic systems versus air,” Vander Zanden says.

When the water is not covered by ice, oxygen from the air is readily cycled into the water. But once that icy lid is placed over the top of the lake, that process largely stops. Some amount of oxygen is replenished through the photosynthesizing plants that survive under the ice, although light cannot get through the ice when heavy snow is packed on top. Underneath the ice, fish consume an ever-decreasing supply of oxygen.

According to Vander Zanden, Lake Mendota presents some additional challenges for fish looking for oxygen.

Due to farming runoff and pollution, algal blooms form and sink to the bottom of the lake. In the winter as the blooms decompose under the ice, the process sucks precious oxygen out of the water. An area where a larger mass of the blooms is decomposing can become anoxic, or oxygen-starved.

“We never have [anoxic events] in the atmosphere, we never say, ‘Oh yea, my backyard went anoxic today,’ that doesn’t happen,” laughs Vander Zanden. “But it is an issue for fish, so fish have a lot of adaptations for extracting oxygen from their environment.”

According to Vander Zanden, fish can extract oxygen through a variety of adaptations, not only through their gills. Different fish species do this either by absorbing oxygen into their skin, into the blood vessels in the walls of their swim bladders, stomach and gut, and some even inhale the air bubbles that form underneath the ice through their mouth.

However, sometimes anoxic events become too widespread for the fish populations to escape. When an entire lake becomes oxygen starved, winter-kill events take place. As the anoxic zone creeps upwards into the water column, fish cling to the under-surface of the ice as the oxygen is depleted, until they suffocate to death. This can lead to some alarming sights, like this photograph captured after a winter-kill event in South Dakota.

These fish suffocated in an anoxic zone in the Lake Andes National Wildlife Refuge in South Dakota, floating towards the surface and eventually getting trapped in the ice. When the ice was pushed up against shore it buckled, exposing these icy remains. (Taken by Kelly Preheim)

Winter-kill events are more common in lakes much smaller than Mendota, says Vander Zanden, where the volume of water makes those events unlikely.

“The fish are there in the fall and they are there again in the spring,” Vander Zanden says. “The whole food web is alive and kicking in the winter.”


Dissolved oxygen

The availability of dissolved oxygen in the water of a lake is vital for supporting lake ecosystems. Aquatic plants make oxygen available for animals and microbes through photosynthesis. Bacteria can deplete oxygen supplies which can lead to the death of fish, invertebrates and other organisms that depend on oxygen to survive.

Nutrient rich waters are at increased risk of becoming oxygen deprived. High levels of nutrients can support large algal blooms but as the algae dies, they are decomposed by bacteria which can use up all the available dissolved oxygen. The result can lead to mass death and a complete desolation of the ecosystem.

Samenvatting

  • A lake is an area of land filled with water.
  • They are the largest source of available freshwater.
  • Lakes can be found on all continents including Antarctica.
  • They are hugely important as a source of freshwater, as a habitat, and for their recreational and cultural significance.
  • A lake can be formed in a variety of ways such as by volcanic eruptions, land slides, depressions carved out by glaciers and tectonic movement.
  • Salt lakes can form when a lake has no outlet.
  • Different concentrations of nutrients make lakes eutrophic, mesotrophic and oligotrophic. Nutrient levels affect the plants, animals and microorganisms that can survive in a lake.
  • The presence of dissolved oxygen in a lake's water is vital for supporting a healthy ecosystem.

Last edited: 16 January 2016

GRATIS cursus van 6 weken

Voer uw gegevens in om toegang te krijgen tot onze GRATIS 6-weekse introductie tot biologie e-mailcursus.

Leer over dieren, planten, evolutie, de levensboom, ecologie, cellen, genetica, biologie en meer.

Succes! Er is een bevestigingsmail verzonden naar het e-mailadres dat u zojuist heeft opgegeven. Controleer je e-mail en zorg ervoor dat je op de link klikt om te beginnen met onze 6-weekse cursus.

Basisbiologie: een inleiding

Ook verkrijgbaar bij Amazon, Book Depository en alle andere goede boekhandels.


How Do Fish Breathe Underwater?

The air-breathing lungs of mammals, including humans, must be dry and empty of fluids to work properly. When we take a breath, tiny air sacs in our lungs pull oxygen out of the air and carry it to our bodies' cells.

The lungs of mammals would not work very well for a fish, because one breath underwater would fill them with fluid and make them useless. Nonetheless, fish need oxygen to breathe, too. In order to remove oxygen from the water, they rely on special organs called "gills."

Gills are feathery organs full of blood vessels. A fish breathes by taking water into its mouth and forcing it out through the gill passages. As water passes over the thin walls of the gills, dissolved oxygen moves into the blood and travels to the fish's cells.

If fish can breathe underwater, then why do some fish, like dolphins and whales, swim to the surface of the ocean? Because dolphins and whales aren't fish at all! They are mammals, just like humans.

Dolphins and whales are similar to humans in many ways: They give birth to live babies instead of laying eggs, are warm-blooded and have lungs for breathing air. When a whale or dolphin surfaces, it breathes air through its nose (commonly called a "blowhole") on the top of its head.

  • There are more species of fish than all the species of amphibians, reptiles, birds and mammals combined.
  • Fish have been on the earth for more than 450 million years.
  • The largest fish is the great whale shark, which can reach 50 feet in length.

Wonder Contributors

jon and Jojo from AL
for contributing questions about today’s Wonder topic!


Gill Arches

Most fishes have three or more gill arches on each side of the body. These support the gill filaments and are cartilaginous or bony and shaped like a boomerang. Each gill arch consists of an upper and a lower limb that is joined in the back. Gill filaments and gill rakers are attached to the gill arches.

The gill arches offer support for the gills as well as the blood vessels.   Arteries that enter the gills bring blood with low oxygen and a high concentration of wastes. Arteries that leave the gills contain blood with little waste that's rich with oxygen.