การทรงตัวและลอยตัวของปลา

By -

ปลาต้องผจญกับแรงที่มากระทำสองอย่างขณะที่อยู่ในน้ำคือ แรงโน้มถ่วง และแรงลอยตัว

แรงโน้มถ่วง จะทำให้จมตัวลงไป ส่วนแรงลอยตัว ก็จะทำให้ลำตัวของปลาลอยขึ้นมา มวลของกระดูกและกล้ามเนื้อที่หนาแน่นกว่าน้ำจะทำให้เกิดการจมตัว แต่การลอยตัวของปลาจะเกิดจากไขมัน ฟองอากาศ อากาศในปอด และถุงลม เพราะมีมวลหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ปลาสามารถลอยตัว หรือจมตัวได้ก็ด้วยผลลัพธ์ระหว่างแรงทั้งสองนี้ ถุงลมของปลากระดูกแข็งจะอยู่ทางด้านบนของช่องท้อง แต่ส่วนที่มีน้ำหนักมากและกระดูกก็จะอยู่สูงกว่าระดับของถุงลม ปลาจะมีวิธีบังคับตัวให้อยู่ในลักษณะตั้งตรง ส่วนปลาตายจะหงายท้องลอยน้ำเพราะไม่มีการควบคุมการทรงตัวแล้ว

มวลของปลาและความหนาแน่นของน้ำ
ปลาจะมีมวลของลำตัวที่หนาแน่นกว่าน้ำ เช่น ปลาทะเลจะมีความหนาแน่นของกล้ามเนื้อสำหรับการเคลื่อนที่ประมาณ 1,050-1,060 กรัม/ลิตร ปลากระดูกแข็งจะมีเนื้อเยื่อมวลกระดูก 2,040 กรัม/ลิตร ปลาจะมีมวลสารบางอย่างที่ช่วยในการลอยตัวเช่นเดียวกับนก แม้ว่ามวลน้ำจะหนาแน่นกว่ามวลอากาศก็สามารถอยู่ในน้ำได้โดยไม่จม ปลามีวิธีลดความหนาแน่นของน้ำอยู่ 2 วิธีคือ

1. การเก็บสะสมก๊าซ

เพื่อช่วยในการลอยตัว ที่เก็บสะสมก๊าซของปลากระดูกแข็งส่วนใหญ่จะมีถุงลมในช่องท้องใต้กระดูกสันหลังที่มีความหนาแน่นน้อยมาก ปัจจุบันถุงลมของปลาจะทำหน้าที่ในการลอยตัว ไม่ได้ทำหน้าที่เกี่ยวกับการหายใจ จะมีต่อมและเส้นเลือดที่ผิวนอกของถุงลมทำหน้าที่เก็บรวบรวมก๊าซมาเก็บไว้ในถุงนี้ ปริมาตรของถุงลมโดยปกติที่เพียงพอต่อการลอยตัวของปลาจะมีประมาณ 5%ของปริมาตรลำตัวปลาทะเล และในน้ำจืดประมาณ 7% แต่ในการเปลี่ยนแปลงระดับความลึกที่มีความดันต่างจากระดับปกติมาก ถุงลมก็ไม่สามารถทนได้ ดังนั้นเมื่อเปลี่ยนระดับความลึกปลาจึงต้องมีการปล่อยก๊าซออกจากตัว หรือดูดก๊าซเข้าถุงลม เป็นกลไกทางสรีรภาพที่น่าสนใจอย่างยิ่งเกี่ยวกับการควบคุมปริมาณของก๊าซเพื่อการลอยหรือจมตัวในระยะต่างๆ แต่ถุงลมในการลอยตัวไม่มีความจำเป็นในปลาหน้าดินและปลาน้ำลึกมากๆ เพราะการปรับตัวของมันเหมาะในการดำรงชีพในระดับความลึกที่มีความดันสูงมากอยู่แล้ว อวัยวะภายในของมันอาจจะแตกและตายได้ถ้ามันลอยตัวขึ้นมาที่ผิวน้ำ เพราะความดันของน้ำลดน้อยลงอย่างมาก

2. การสะสมไขมันและน้ำมัน
ในการลอยตัวตามธรรมชาติของปลาจะมีไขมันและน้ำมันเป็นตัวช่วย ในตับและกล้ามเนื้อของฉลามจะมีการสะสมน้ำในเอาไว้ มันอาจจะนำพลังงานนี้มาใช้เพื่อการว่ายน้ำที่ต่อเนื่องยาวนาน ใช้เป็นอาหารสำรองในยามขาดแคลน หรือใช้เลี้ยงลูกอ่อนที่กำลังเจริญเติบโตในมดลูก ปริมาณน้ำในตัวของปลาที่ไม่มีถุงลมมักจะมีมาก เช่น ในปลาแองเกลอร์ Melanocetus sp. น้ำในตัวจะมีมากถึง 95% ในปลากัลเปอร์ Eurypharynx sp. มี 94% Photostomias sp. 92% Gonostoma elongatum 90% และ Chauliodus sp. 88%ตามลำดับ แต่ปริมาณน้ำในร่างกายของปลาที่มีถุงลม เช่น ปลาแลนเทิร์น(Myctophids) และปลาแฮตเชท(Sternoptychids)จะมีเพียง 70-85% เท่านั้น การสะสมมวลกระดูกในระยะแรกของตัวอ่อนปลายังมีไม่มากนัก ยังไม่ต้องใช้ถุงลมในการลอยตัว แต่จะใช้รูปร่างที่บางและแบนช่วยในการลอยตัวแทน

ปริมาณไขมันและน้ำมันในปลา
ในปลาคอดและปลาฉลามจะมีปริมาณไขมันและน้ำมันประมาณ 860 กรัม/ลิตร ปลาฉลามน้ำลึกกลุ่มสควอลัส เป็นปลากลุ่มแรกที่ใช้น้ำมันในการลอยตัว ตับของมันมีน้ำหนักมากถึง ¼ ของน้ำหนักตัวเพราะมีน้ำมันสะสมอยู่มาก จึงทำให้ลอยตัวอยู่ได้ ถ้าตัดตับออกไปก็จะทำให้จมตัวลง น้ำมันสีเหลืองอ่อนในตับของปลาฉลามเป็นสารชนิดหนึ่งในกระบวนการสร้างคอเลสเตอรอล ซึ่งเป็นสารประกอบจำพวกไฮโดรคาร์บอน เรียกว่า สควอลีน ความหนาแน่นมีต่ำกว่า 860 กรัม/ลิตร

ปริมาณของสควอลีน จะมีน้อยมากในปลาโบราณ เช่น ปลาซีลาแคนธ์ แต่ตามกล้ามเนื้อด้านท้องจะมีไขมันสะสมอยู่ในรูปของแวกซ์เอสเทอร์(wax ester)เกือบ 30% ของน้ำหนักตัว และมีไขมันที่เก็บสะสมอยู่ในถุงลมขนาดใหญ่ประมาณ 15% ของน้ำหนักตัว ไม่มีการสะสมก๊าซ ความหนาแน่นของตัวปลาจึงเท่ากับน้ำ แต่ครีบคู่ที่เป็นพูเนื้อของปลาซีลาแคนธ์ที่มีน้ำหนักไม่ได้ช่วยในการลอยตัวของปลาเลย

ถุงลมและความดันของน้ำนอกตัวปลา
แม้ปลากระดูกแข็งจะมีถุงลมที่ช่วยในการลอยตัว แต่คุณสมบัติของถุงลมก็จะจำกัดขีดความสามารถของการว่ายน้ำในแต่ละระดับของความลึก เพราะเมื่อลอยสูงขึ้นมาทุกระยะ 10 เมตร ถุงลมก็จะเพิ่มปริมาตรเป็น 2 เท่า การปรับระดับความดันในถุงลมปลาสามารถทำได้อย่างช้าๆ และสามารถเพิ่มปริมาตรถุงลมได้เพียง 25% ของปริมาตรเดิมในช่วงระยะเวลาสั้นๆ แต่ถุงลมของปลาหลายชนิดก็มีขีดความสามารถในการปรับความดันได้ดีตามระดับความลึกที่เปลี่ยนแปลงไป สามารถว่ายน้ำขึ้นลงในแนวดิ่ง ผ่านระดับความลึกที่แตกต่างกันได้มาก แรงดันจะเพิ่มขึ้นเมื่อว่ายลึกลงไป ถุงลมภายในจะแบนข้างเพื่อลดแรงยกตัว ปลาจึงจมตัวลงได้ เมื่อต้องการว่ายสูงขึ้น ก๊าซในถุงลมก็จะขยายตัวออกช่วยยกตัวให้ลอยขึ้น แต่เพื่อให้ถุงลมปรับ ขยาย หรือหดตัวได้ทันตามความต้องการ ปลาก็ต้องว่ายน้ำอย่างช้าๆ

จะมีไขมันในรูปของแวกซ์เอสเธอร์ ช่วยในการลอยตัวด้วยเช่นกันในปลากระดูกแข็งที่หากินในระดับกลางน้ำ อย่างเช่นปลาเจมไพริด Ruvettus sp.น้ำมันที่สะสมอยู่ที่กระดูกตรงกะโหลกศีรษะจะมีความหนาแน่นต่ำ และเนื้อเยื่อตามลำตัวก็เรียงตัวกันอย่างหลวมๆ ทำให้มีความหนาแน่นน้อยเท่ากับน้ำ ปลาชนิดนี้สามารถว่ายน้ำหากินขึ้นลงในระดับความลึกตั้งแต่ 15-500 เมตรได้อย่างสบาย แม้จะมีขนาดใหญ่ ซึ่งความยาวของบางตัวอาจมีถึง 1 เมตร

ทำไมปลาจึงทนแรงกดดันในมหาสมุทรได้
แรงกดดันของน้ำในระดับความลึก 900 เมตรลงไปจะมีมากกว่าที่ระดับของผิวทะเลถึง 100 เท่า ความลึกของท้องทะเลบางแห่งอาจลึกถึง 11,000 เมตร แรงดันจะเพิ่มมากกว่า 1 เมตริกตันในทุกๆ ตารางเซนติเมตรที่ลึกลงไป แรงดันนี้สามารถบดขยี้สัตว์บกให้แบนจนได้ไปได้ แต่ทำไมปลาทะเลลึกที่อาศัยอยู่ภายใต้สิ่งแวดล้อมที่มีแรงดันมากนี้จึงไม่เป็นอันตรายและสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ ทั้งนี้ก็เพราะว่า ปลาทะเลลึกเหล่านี้มีสารละลายก๊าซตามเนื้อเยื่อต่างๆ ที่สามารถปรับความดันให้เท่ากับน้ำทะเลที่อยู่รอบๆ ตัวได้ แรงดันของสารละลายในตัวจะออกนอกตัวสมดุลกับแรงดันจากน้ำทะเลรอบตัว การปรับแรงดันภายในตัวในปลาที่มีถุงลมจะทำได้ดีกว่าปลาที่ไม่มีถุงลม

การเคลื่อนไหวภายใต้ความดัน
ปลาที่หากินตามผิวน้ำ สามารถดำน้ำขึ้นลงในระดับต่างๆ ได้ดีเพราะมีถุงลมช่วย แต่ถุงลมจะใช้การไม่ได้ในระดับน้ำที่มีความลึกตั้งแต่ 900 เมตรลงไป เพราะในถุงลมจะมีความดันของก๊าซสูงมาก ดังนั้นปลาน้ำลึกจึงเปลี่ยนจากถุงบรรจุลมหรือก๊าซภายในมาเป็นถุงบรรจุไขมันแทน เพื่อช่วยในการลอยตัวและไม่มีปัญหาเรื่องแรงอัดอากาศ ปลาบางชนิดจะไม่มีถุงลมเลย แต่ในตับจะเต็มไปด้วยไขมัน และมีโครงกระดูกอ่อนที่มีน้ำหนักเบา อย่างเช่นในปลา ซีเดนทารีกัลเปอร์(sedentary gulper) ฉลามกัลเปอร์ คุณสมบัติเหล่านี้จะช่วยในการปรับตัวให้เข้ากับแรงกดดันของน้ำในระดับต่างๆ ได้ สัตว์ที่ได้เปรียบมากกว่าในระดับความลึกมากๆ เช่นนี้ก็คือสัตว์ที่ไม่มีกระดูกสันหลัง เช่น หมึกทะเล

ปลาแลนเทิร์น สามารถดำน้ำลงไปได้ลึกถึง 800 เมตรในตอนกลางวัน และจะว่ายน้ำหากินที่ผิวทะเลในตอนกลางคืน สารเรืองแสงที่ตัวของมันทำให้ดูคล้ายดวงไฟที่ลอยไปตามท้องทะเล

ปลาที่มีปากกว้างอย่างปลากัลเปอร์ สามารถดำน้ำได้ลึกถึง 900 เมตร แต่ปลาที่มีผิวเรียบอย่างปลา สลิคเฮด จะสามารถลงไปในน้ำได้ลึกถึง 975-1,675 เมตร เพื่อหากินเป็นประจำ

ปลาที่ไม่มีถุงลมอย่างปลาเวล(whalefish) จะชอบว่ายน้ำในระดับความลึกตั้งแต่ 1,800 เมตรลงไปเพื่อหากิน ปลาที่มีถุงลมอย่างปลา แอลฟอนซิโน ชอบว่ายหากินในระดับความลึก 90-900 เมตร ชีวิตของปลาบลูญี่ปุ่น จะเริ่มต้นในแหล่งน้ำตื้น แต่จะสามารถว่ายน้ำลงไปหากินและใช้ชีวิตในระดับความลึกถึง 600 เมตร เมื่อโตเต็มวัยแล้ว ปลาแฮทเชท ชอบหากินในระดับความลึกประมาณ 450 เมตร เนื่องจากมีลำตัวบางเหมือนแผ่นเหรียญสตางค์ ส่วนปลาออบลิคแฮทเชท มักจะอาศัยอยู่ในแหล่งน้ำลึกประมาณ 40-45 เมตร

ตับที่เต็มไปด้วยไขมันของฉลามโกลบิน จะช่วยให้มันลอยตัวหากินอยู่ในเขตน้ำลึกแถบแปซิฟิกได้ ต่อมเรืองแสงที่ปลายหนวดของปลาเดวิลแองเกลอร์(devil angler) จะทำหน้าที่ในการล่อเหยื่อ ทำให้มันดำรงชีวิตอยู่ได้ในน้ำทะเลลึก 450-4,500 เมตร

การลอยตัวที่ยังขาดสมดุลของปลา
ความหนาแน่นของปลาหลายชนิดยังมีมากกว่าน้ำ แม้จะมีอวัยวะหรือน้ำมันที่ช่วยในการลอยตัวแล้วก็ตาม อย่างเช่นปลาอินทรี ที่ในช่วงระยะต่างๆ ในรอบหนึ่งปีก็จะมีความหนาแน่นแตกต่างกันไป ไขมันที่สะสมในปลาพวกนี้ไม่ได้ใช้ในการลอยตัวเป็นหลัก แต่จะเป็นการสะสมพลังงานไว้มากกว่า

ฉลามมากมายหลายชนิดที่เป็นปลากระดูกอ่อน บางพวกก็หากินอยู่ตามผิวน้ำ มักความหนาแน่นของตัวเท่ากับความหนาแน่นของน้ำ แต่จะมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำในพวกที่ชอบหากินในระดับน้ำลึก ดังนั้น ในตับจึงมีการสะสมไขมันอยู่มากมาย ตามส่วนต่างๆ ของร่างกาย เช่น กล้ามเนื้อขาวก็มีการสะสมไขมันนี้ด้วยเพื่อให้มีความเพียงพอ ปลาฉลามจะมีวิธีจัดการกับไขมันที่สะสมไว้ โดยแยกกันอย่างเด่นชัดเพื่อใช้ในการลอยตัวและเพื่อเป็นอาหารสำรอง ดังนั้นฉลามแต่ละชนิดจึงจำเป็นต้องมีไขมันสะสมในตับเพื่อช่วยกำหนดความหนาแน่นตามความต้องการ ปลาที่ได้เปรียบในเรื่องการลอยตัวคือปลาที่มีความหนาแน่นเท่ากับน้ำ ปลาฉลามจะมีครีบที่ยืดหยุ่นมาก มันใช้ครีบหูในการบังคับทิศทาง หมุนตัว เปลี่ยนอิริยาบถต่างๆ ฉลามบางชนิดชอบคืบคลานไปตามพื้นทะเลจึงจำเป็นต้องมีครีบขนาดเล็กลงเพื่อช่วยลดแรงหน่วงและลดความหนาแน่นลง เช่นฉลามในสกุล Heterodontus sp. เป็นต้น

ที่มา: จากหนังสือเรื่อง มีนวิทยา
เรียบเรียงโดย: สุภาพร สุกสีเหลือง
ภาควิชาชีววิทยา
มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ