Cấu tạo cơ thể cá

Cấu trúc cơ thể cá là nghiên cứu về các hình thức và đặc điểm của các loài cá, tập trung vào cách các bộ phận và chức năng tương tác trong cá sống. Trong thực tế, cấu trúc cơ thể cá và sinh lý học của cá hỗ trợ lẫn nhau, cho phép quan sát các cơ quan và bộ phận cấu thành qua kính lúp hoặc kính hiển vi, và hiểu cách chúng phối hợp chức năng trong cá sống. Cấu trúc của cá thường bị ảnh hưởng bởi đặc tính vật lý của nước và môi trường sống của cá.

Tổng quan

Hệ tiêu hóa

Sự xuất hiện của quai hàm ở cá giúp chúng có khả năng ăn nhiều loại thức ăn hơn, từ thực vật đến động vật khác. Cá tiếp nhận thức ăn qua miệng, sau đó thức ăn được chia nhỏ một phần trong thực quản. Khi thức ăn vào dạ dày, nó tiếp tục được phân hủy, và ở nhiều loài cá, quá trình phân rã tiếp tục trong các túi giống như ngón tay gọi là manh tràng môn vị. Manh tràng môn vị tiết ra enzym tiêu hóa và hấp thụ các chất dinh dưỡng từ thức ăn. Gan và tụy cung cấp thêm enzym và các hóa chất tiêu hóa khác khi thức ăn di chuyển qua hệ tiêu hóa. Quá trình tiêu hóa hoàn tất ở ruột, nơi các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua thành ruột và các chất cặn bã được thải ra qua hậu môn.

Hệ hô hấp

Hầu hết các loài cá thực hiện trao đổi khí qua mang, bộ phận nằm ở hai bên đầu. Các mang bao gồm các sợi mảnh giống như chỉ, mỗi sợi mảnh chứa hệ thống mao mạch để tăng diện tích tiếp xúc cho việc trao đổi oxy và carbon dioxide. Cá trao đổi khí bằng cách hút nước giàu oxy vào miệng và đẩy qua các sợi mảnh của mang. Sau đó, nước nghèo oxy được đẩy ra ngoài qua các lỗ ở hai bên đầu.

Một số loài cá như cá mập và cá mút đá có nhiều lỗ hổng mang. Tuy nhiên, hầu hết các loài cá chỉ có một lỗ hổng mang ở mỗi bên cơ thể. Lỗ hổng này được bảo vệ bởi một lớp xương gọi là nắp mang. Một số loài cá, chẳng hạn như cá có phổi, đã phát triển cơ chế thích nghi giúp chúng sống trong môi trường thiếu oxy hoặc nơi nước thường xuyên khô cạn. Những loài cá này có cơ quan đặc biệt hoạt động như phổi, với một ống dẫn khí từ miệng tới cơ quan này. Các loài cá có phổi phụ thuộc vào việc hít thở không khí và sẽ chết ngạt nếu không nhô đầu lên khỏi mặt nước.

Hệ tuần hoàn

Cá có hệ tuần hoàn kín với trái tim thực hiện chức năng bơm máu trong một vòng tuần hoàn đơn suốt cơ thể. Máu từ tim được bơm tới các mang, từ các mang đi khắp cơ thể, và sau đó trở về tim. Đối với hầu hết các loài cá, trái tim bao gồm bốn phần: tĩnh mạch xoang, tâm nhĩ, tâm thất và động mạch bụng. Dù có bốn phần, trái tim cá vẫn là loại tim hai ngăn.

Tĩnh mạch xoang là một túi mỏng thu nhận máu từ các tĩnh mạch của cá trước khi máu chảy vào tâm nhĩ, một ngăn lớn có cơ bắp. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có các van cho phép máu chảy theo một hướng vào tâm thất. Tâm thất là ngăn có thành dày và cơ bắp, hoạt động như một 'máy bơm' thực sự của tim. Nó bơm máu vào động mạch hình củ hành lớn. Từ động mạch hình củ hành, máu chảy tới động mạch chủ và sau đó tới các mang cá.

Hệ bài tiết

Giống như nhiều loài động vật sống dưới nước, hầu hết cá thải chất chứa nitơ dưới dạng amonia. Một phần nhỏ chất thải khuếch tán qua mang vào môi trường nước. Phần còn lại được lọc qua thận, cơ quan bài tiết chính của cá, giúp loại bỏ chất thải khỏi máu và điều chỉnh nồng độ amonia trong cơ thể.

Cá nước mặn thường bị mất nước do hiện tượng thẩm thấu. Do đó, thận của chúng giữ lại chất thải và tiết kiệm nước tối đa cho cơ thể. Ngược lại, cá nước ngọt thường hấp thụ nước liên tục. Thận của cá nước ngọt được thiết kế để bài tiết lượng lớn nước tiểu loãng. Một số loài cá có thận được thích nghi đặc biệt, cho phép chúng chuyển từ môi trường nước ngọt sang nước mặn.

Hệ thần kinh

Hệ thần kinh của cá rất phát triển và phân chia rõ ràng quanh đại não. Phía trước não bộ là các cơ quan khứu giác hình củ hành, hỗ trợ khả năng ngửi của cá. Khác với nhiều động vật có xương sống khác, đại não của cá chủ yếu tập trung vào khứu giác thay vì điều khiển các hành vi chủ động khác. Các thùy thị giác xử lý thông tin từ mắt.

Đại não điều phối các chuyển động của cơ thể, trong khi phần cuối của não kết nối với tủy sống (tiểu não) kiểm soát các chức năng của nội tạng. Hầu hết các loài cá phát triển tốt hệ khứu giác. Các loài cá hoạt động ban ngày thường có mắt phát triển mạnh mẽ, cảm nhận màu sắc tương đương hoặc tốt hơn con người. Nhiều loài còn có các tế bào cảm nhận đặc biệt, gọi là thụ quan, để phát hiện các mùi vị bất thường. Mặc dù cá có tai, nhưng khả năng cảm nhận âm thanh của chúng thường kém.

Tuy nhiên, đa số cá sở hữu hệ thống thụ quan nhạy cảm gọi là đường bên. Hệ thống này giúp cá cảm nhận các dao động và chuyển động nhẹ trong nước, cũng như phát hiện chuyển động của cá khác hoặc con mồi gần đó. Một số loài như cá da trơn và cá mập có thể phát hiện các điện trường yếu. Các loài như lươn điện và cá đuối điện có khả năng tạo ra điện.

Hệ giác quan

Cá có các giác quan cơ bản giống con người, bao gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác.

Thị giác: Hầu hết cá có mắt nằm ở hai bên đầu, cho phép chúng nhìn xung quanh mà không cần quay đầu, điều này rất quan trọng vì cá không thể xoay đầu về phía sau. Đa số cá có khả năng nhìn rõ phía trước và hai bên, trong khi chỉ một số ít có thể phân biệt màu sắc, điều này quan trọng trong mùa giao phối, khi một số loài có thể thay đổi màu sắc để thu hút bạn tình.

Thính giác: Cá có tai nằm trong sọ, thực hiện vai trò như các cơ quan giữ thăng bằng và nghe. Âm thanh lan truyền rất hiệu quả trong nước, và nhiều loài cá sử dụng âm thanh để giao tiếp, có loài thậm chí truyền sóng âm (như cá heo, tuy không hoàn toàn phụ thuộc vào thính giác).

Xúc giác: Nhiều loài cá sống trong môi trường tối tăm, nên xúc giác trở thành một công cụ hỗ trợ quan trọng bên cạnh thị giác. Một số loài cá có râu xung quanh miệng, hoạt động như ngón tay, giúp chúng dễ dàng di chuyển trên đáy biển hoặc trong sông.

Một cơ quan quan trọng khác là hệ thống đường bên. Đây là một mạng lưới dây thần kinh nằm dưới da dọc hai bên hông cá. Khi có chuyển động trong nước (tạo ra sóng lan tỏa), hệ thống đường bên nhận biết sóng này qua hệ thần kinh, giúp cá phát hiện kẻ thù hoặc con mồi gần.

Khứu giác: Tất cả các loài cá đều có khả năng khứu giác nhạy bén. Nhiều loài sử dụng khứu giác để săn mồi, trong khi một số khác dùng nó để phòng vệ. Khi một cá thể trong bầy bị thương, nó tiết ra một chất đặc biệt vào nước. Các cá thể khác trong bầy ngửi thấy chất này sẽ phản ứng nhanh để tránh nguy hiểm.

Vị giác: Cơ quan vị giác của cá gắn bó chặt chẽ với khứu giác. Tùy vào từng loài cá, vị giác có thể nằm ở các vị trí khác nhau, nhưng thường phân bố trong hoặc xung quanh miệng.

Hệ cơ

Hầu hết các loài cá di chuyển bằng cách co cơ bắp ở hai bên xương sống theo kiểu so le. Sự co cơ này tạo ra một đường cong hình chữ S, làm cho cơ thể cá di chuyển xuống dưới. Khi đường cong chạm đến vây cuối, lực phản hồi được sinh ra. Lực phản hồi này kết hợp với các vây giúp cá di chuyển về phía trước. Các vây của cá hoạt động như các thiết bị ổn định của máy bay, đồng thời làm tăng diện tích bề mặt của đuôi, giúp cá đạt được tốc độ cao hơn. Hình dạng thuôn của cơ thể cá giảm thiểu ma sát khi di chuyển trong nước.

Vì cơ thể cá thường nặng hơn nước, chúng cần một cơ chế để bù đắp sự khác biệt này, nếu không sẽ bị chìm do lực đẩy Ác-si-mét không đủ để cân bằng trọng lượng. Nhiều loài cá xương có một cơ quan gọi là bong bóng để điều chỉnh sức nổi bằng cách thay đổi áp suất khí trong bong bóng. Khi giảm áp suất khí, bong bóng co lại, thể tích giảm và lực đẩy Ác-si-mét giảm, khiến cá chìm. Ngược lại, khi tăng áp suất, bong bóng nở ra, thể tích tăng và lực đẩy Ác-si-mét tăng, giúp cá nổi lên.

• Prosser, C. Ladd (1991). Sinh lý học động vật so sánh, Sinh lý học môi trường và chuyển hóa (ấn bản thứ 4). Hoboken, NJ: Wiley-Liss. pp. 1–12. ISBN 0-471-85767-X.
• Kris S. Freeman (tháng 1 năm 2012). 'Khôi phục chì trong đất bằng xương cá'. Environmental Health Perspectives 120 (1): a20–a21. doi:10.1289/ehp.120-a20a. PMC 3261960. PMID 22214821.
• Romer, A.S. (1949): Cơ thể động vật có xương sống. W.B. Saunders, Philadelphia. (ấn bản 2 năm 1955; ấn bản 3 năm 1962; ấn bản 4 năm 1970)
• Liem, Karel F.; Warren Franklin Walker (2001). Giải phẫu chức năng của động vật có xương sống: một cái nhìn tiến hóa. Harcourt College Publishers. p. 277. ISBN 978-0-03-022369-3.
• Romer, Alfred Sherwood; Parsons, Thomas S. (1977). Cơ thể động vật có xương sống. Philadelphia, PA: Holt-Saunders International. pp. 161–170. ISBN 0-03-910284-X.
• Kuraku et al.; Hoshiyama, D; Katoh, K; Suga, H; Miyata, T (tháng 12 năm 1999). 'Sự đồng nhất của cá chình và cá mút biển được hỗ trợ bởi các gen mã hóa DNA hạt nhân'. Journal of Molecular Evolution 49 *
• Romer, Alfred Sherwood; Parsons, Thomas S. (1977). Cơ thể động vật có xương sống. Philadelphia, PA: Holt-Saunders International. pp. 173–177. ISBN 0-03-910284-X.
• N. A. Campbell và J. B. Reece (2005). Sinh học, Ấn bản thứ bảy. Benjamin Cummings, San Francisco, California.
• Zhang, J.; Wagh, P.; Guay, D.; Sanchez-Pulido, L.; Padhi, B. K.; Korzh, V.; Andrade-Navarro, M. A.; Akimenko, M. A. (2010). 'Mất protein actinotrichia ở cá và sự chuyển tiếp từ vây đến chân'. Nature 466 (7303): 234–237. Bibcode:2010Natur.466..234Z. doi:10.1038/nature09137. PMID 20574421. edit
• von Zittel KA, Woodward AS và Schloser M (1932) Sách giáo khoa về Cổ sinh vật học Tập 2, Macmillan and Company. Trang 13.
• Guillaume, Jean; Praxis Publishing; Sadasivam Kaushik; Pierre Bergot; Robert Metailler (2001). Dinh dưỡng và chế độ ăn uống của cá và động vật giáp xác. Springer. p. 31. ISBN 1-85233-241-7. Truy cập 2009-01-09.
• Jurd, Richard David (tháng 1 năm 2004). Instant Notes Sinh học động vật. Garland Science. p. 134. ISBN 978-1-85996-325-8.
• Farrell, Anthony P, ed. (ngày 1 tháng 6 năm 2011). Bách khoa toàn thư về Sinh lý học cá: Từ Genome đến Môi trường. Stevens, E Don; Cech, Jr., Joseph J; Richards, Jeffrey G. Academic Press. p. 2315. ISBN 978-0-08-092323-9.

Tài nguyên bên ngoài

• Mongabay.com - Cấu tạo cơ thể cá trên Mongabay
• Đặc điểm tương đồng của lepidotrichia vây ở cá xương
• Hình ảnh X-quang cá ấn tượng từ triển lãm của Smithsonian, LiveScience, ngày 13 tháng 6 năm 2011.