Fyrst er þess að geta að hlutur í vatni leitar niður á við ef hann er þyngri en vatnið sem hann ryður frá sér en hlutur sem er léttari en vatnið leitar upp á við. Hlutur sem hefur jafnmikinn massa og vatnið sem hann ryður frá sér er hins vegar í jafnvægi. Þetta byggist á lögmáli Arkímedesar og á einnig við um loftbelgi utan hvað þá kemur loftið í stað vatns.
Eðlismassi hlutar er hlutfallið milli massa hlutarins og rúmmáls. Ef hluturinn hefur massann 1 kg og rúmmálið 1 lítra er eðlismassi hans 1 kg/l sem er sama og eðlismassi ferskvatns; slíkur hlutur er í jafnvægi í ferskvatni og leitar hvorki upp né niður. Fiskur sem hefur þann eiginleika þarf ekki að eyða neinni orku til að halda sig á sama dýpi.
Vert er að taka vel eftir því að hér er átt við hlutinn sem heild, það er að segja heildarmassa hans og heildarrúmmál, en engu skiptir til dæmis hvernig massinn dreifist innan hlutarins. Þess vegna geta stálskip flotið á vatni og stálhylki flotið upp. Loftið sem er inni í þessum hlutum gerir það að verkum að meðaleðlismassinn verður miklu minni en eðlismassi stálsins og hluturinn sem heild getur orðið léttari en vatnið sem hann ryður frá sér. Þetta gæti hins vegar auðvitað ekki gerst ef stál eða vatn fyllti allan bol þessara hluta. En þetta nota menn sér til dæmis þegar lofti er dælt inn í sokkin skip til að ryðja vatni úr þeim þar til þau fljóta upp.
Hugsum okkur að fiskur hafi verið í jafnvægi á 20 m dýpi í vatni en færi sig á stuttum tíma upp á 10 m dýpi. Við það minnkar þrýstingurinn sem verkar á fiskinn og hann þenst út, til dæmis vegna sundmagans sem í honum er; hann er fullur af gasi og gas þenst út þegar þrýstingur þess minnkar. Massi fisksins helst óbreyttur en rúmmál hans eykst þannig að eðlismassinn minnkar og verður minni en eðlismassi vatnsins sem hann ryður frá sér. Fiskurinn leitar því áfram upp á við nema hann noti orku til að halda sér á 10 m dýpi, en slíkt er óæskilegt til lengdar.
Til að komast hjá þessari orkunotkun minnkar fiskurinn með ýmsum ráðum rúmmál sundmagans og þar með rúmmál sitt sem heildar til að taka aftur þensluna sem varð vegna þrýstingsminnkunarinnar.
Eitt ráðið sem margir fiskar hafa til þess arna er að ropa frá sér gasi úr sundmaganum út um munninn. Þetta þekkist hjá fiskitegundum eins og síld, álum og mörgum tegundum af vatnakarfa.
Annað ráð og öllu merkilegra er það að leysa meira gas úr sundmaganum upp í blóðinu. Til þess er þá sérstakur búnaður í fiskinum þar sem blóðrásin og gasið í sundmaganum mætast.
Þriðja ráðið er að vöðvarnir í sundmaganum dragi hann saman og minnki þannig rúmmál hans og fisksins. Þetta ráð er ekki mikið notað hjá fiskum að því er talið er, en það kemur þó fyrir, til dæmis tímabundið meðan gasið er að leysast upp í blóðinu, en það tekur töluverðan tíma.
Þegar fiskurinn fer niður á meira dýpi þarf hann að fara öfugt að. Þrýstingurinn vex og fiskurinn þjappast saman ásamt sundmaganum en þá losnar meira gas inn í hann frá blóðinu eða vöðvarnir kringum hann slakna þannig að hann stækkar aftur og jafnvægi kemst á við meira dýpi.
Sundmagi af lokuðu gerðinni er sýndur á myndinni sem fylgir svarinu. Þessi tegund sundmaga er meðal annars í þorskfiskum og laxfiskum. Í vefjalaginu í sundmaganum eru samofnir collagen-þræðir og það hleypir lofti mjög hægt gegnum sig. Neðan til í sundmaganum er svokallaður gaskirtill (gas gland) sem færir gas úr blóði í sundmagann, yfirleitt gegn talsverðum þrýstingi. Háræðanet í svokölluð oval-hólfi efst í sundmaganum sér um að flytja gas úr sundmaganum í blóðið þegar þess gerist þörf. Þá dugir einfaldlega að hólfið opnist því að þarna flyst gasið í átt að minnkandi þrýstingi.
Talið er að allt að 95% af gasskiptum í sundmaga af þessari gerð fari fram í gegnum loftkirtilinn og í æðakerfið, en 5% fari í gegnum aðra hluta sundmagans. Ferskvatnsfiskar eru yfirleitt með hlutfallslega stærri sundmaga en sjávarfiskar. Rannsóknir hafa sýnt að hlutfallslegt rúmmál sundmagans í fiskum á borð við silunga er frá 7% til 11% en í sjávarfiskum 4% - 6%.
Efnið sem tekur þátt í gasskiptunum er í upplausn í blóðinu en breytist í gas í sundmaganum. Þetta er hliðstætt því þegar koltvísýringur í gosflösku losnar. Við getum þá séð rúmmálsaukninguna sem verður með því að setja blöðru fyrir op flöskunnar strax eftir að við opnum hana en áður en við hristum!
Þensla sundmagans með minnkandi dýpi og þrýstingi veldur mönnum erfiðleikum við veiðar þar sem menn vilja sleppa fiskinum aftur, en slíkt færist nú mjög í vöxt. Einkum á þetta við þegar veitt er á talsverðu dýpi því að sundmaginn getur rifnað ef fiskurinn er snögglega dreginn langt upp í sjó eða vatni. Þrýstingurinn á fiskinn vex um eina loftþyngd með hverjum 10 metrum. Hann er því til dæmis tvöfalt meiri á 10 m dýpi en við yfirborð.
Sjúkdómar eða önnur vandræði í sundmaga lýsa sér til dæmis í því að fiskurinn annaðhvort flýtur upp eða sekkur til botns. Gullfiskaeigendur munu kannast við þetta.
Brjóskfiskar eins og hákarlar og skötur hafa ekki sundmaga en beita öðrum ráðum í svipuðum tilgangi. Sköturnar halda sig við botninn eins og kunnugt er og breyta því ekki dýpi sínu verulega. Hákarlarnir hafa stóra lifur sem léttir þá í sjónum og breytir lítið rúmmáli sínu með dýpi, en auk þess eiga þeir það til að gleypa loft og geyma það í maganum. Lögun bolsins og láréttir sporðuggar hjálpa þeim einnig að halda jafnvægi gagnvart lóðréttri hreyfingu. Hreyfingu þeirra í sjónum er oft líkt við flugvélar eða svifflugur þar sem beinfiskar líkjast frekar loftbelgjum, meðal annars einmitt vegna sundmagans.
Sundmaginn heitir á ensku gas bladder eða swim bladder og geta lesendur aflað sér meiri upplýsinga með því að setja þau orð inn í leitarvél.
Við þökkum Sigurði Snorrasyni dósent í líffræði yfirlestur á þessu svari.
Jafnan um vensl eðlismassa, massa og rúmmáls er sem hér segir:
eðlismassi = massi/rúmmál
Eðlismassi (mass density) er nátengdur því sem áður var kallað eðlisþyngd (specific gravity) en það hugtak er nú lítið notað í eðlisfræði.
Jón Már Halldórsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvernig verkar sundmaginn í fiskum?“ Vísindavefurinn, 18. janúar 2002. Sótt 19. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=2054.
Jón Már Halldórsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. (2002, 18. janúar). Hvernig verkar sundmaginn í fiskum? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2054
Jón Már Halldórsson og Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvernig verkar sundmaginn í fiskum?“ Vísindavefurinn. 18. jan. 2002. Vefsíða. 19. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2054>.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:40 • sest 21:16
Tunglið
Rís 15:13 • Sest 05:59
Flóð
Árdegis: 03:57 • Síðdegis: 16:31
Fjara
Árdegis: 10:23 • Síðdegis: 22:34
