Cá

Tổng quan

Về mặt phân loại học, cá là một nhóm cận ngành mà quan hệ chính xác của nó còn gây tranh cãi nhiều; sự phân chia phổ biến là chia chúng thành cá không hàm (siêu lớp Agnatha với 108 loài, bao gồm các loài cá mút đá và cá mút đá myxin), cá sụn (lớp Chondrichthyes với 970 loài, bao gồm các loại cá mập và cá đuối), với lớp còn lại là cá xương (lớp Osteichthyes).
Trong tiếng Việt, nhiều loài động vật sống dưới nước khác cũng gọi là "cá", chẳng hạn "cá" mực hay cá voi, cá heo, cá nhà táng, cá sấu... nhưng thực ra, chúng không phải là cá thực thụ. Mực thuộc phân lớp Coleoidea, lớp Chân đầu (Cephalopoda) còn các loại cá sau lại là các động vật có vú (Mammalia), riêng cá sấu là một nhóm bò sát.
Cá có kích thước rất đa dạng, từ loài cá nhám voi dài 16 m (51 ft) tới loài cá nhỏ chỉ dài 7 mm (trên ¼ inch) tại Australia, mà tại đó người ta gọi là stout infantfish (danh pháp khoa học: Schindleria brevipinguis).
Một số loài cá duy trì các thân nhiệt cao tới vài độ so với môi trường xung quanh. Tất cả các loài cá thu nhiệt (cá xương) đều thuộc về phân bộ Scombroidei và bao gồm các loại cá săn mồi, cá ngừ và một loài cá thu "nguyên thủy" (Gasterochisma melampus). Tất cả các loài cá mập trong họ Lamnidae – như cá mập mako vây ngắn, cá mập mako vây dài, cá nhám trắng, cá nhám hồi – cũng được biết đến như là có khả năng thu nhiệt, và các chứng cứ cho thấy những đặc điểm như vậy cũng tồn tại trong họ Alopiidae (cá nhám đuôi dài). Mức độ thu nhiệt dao động từ các loại cá săn mồi chỉ làm ấm mắt và não, tới cá ngừ vây xanh và cá nhám hồi duy trì thân nhiệt tới 20 °C cao hơn so với môi trường nước xung quanh. (Xem thêm Duy trì thân nhiệt ở các động vật khổng lồ). Quá trình thu nhiệt, mặc dù về mặt trao đổi chất là tốn kém, nhưng có một số ưu thế như làm tăng lực co bóp của các cơ, tốc độ xử lý cao của hệ thần kinh trung ương và tốc độ tiêu hóa cao.

Sinh thái học cá

Các loài cá có thể tìm thấy trong gần như toàn bộ các vùng chứa nước lớn, bao gồm cả nước mặn, nước lợ và nước ngọt, ở các độ sâu từ mức chỉ ngay dưới bề mặt tới độ sâu vài nghìn mét. Tuy nhiên, các hồ nước siêu mặn như Hồ Muối Lớn (Great Salt Lake tại Hoa Kỳ) hay Biển Chết không hỗ trợ sự sinh tồn của cá. Một vài loài cá đã được nhân giống đặc biệt để nuôi trong các bể cá cảnh và có thể sống trong môi trường trong nhà.
Việc đánh bắt cá phục vụ cho các mục đích như làm thực phẩm hay giải trí, thể thao được gọi chung là nghề cá (ngư nghiệp). Sản lượng hàng năm từ tất cả các lĩnh vực nói trên ở phạm vi toàn thế giới là khoảng 100 triệu tấn. Việc đánh bắt quá mức là mối đe dọa đối với nhiều loài cá. Vào ngày 15 tháng 5 năm 2003, tạp chí Nature đã thông báo rằng tất cả các loài cá lớn trong các đại dương đã bị đánh bắt quá mức một cách có hệ thống và chỉ còn lại không nhiều hơn 10% mức của thập niên 1950. Trong số đó chịu ảnh hưởng nặng nề nhất là cá mập, cá tuyết Đại Tây Dương, cá ngừ vây xanh và cá mòi Thái Bình Dương. Các tác giả cũng đề xuất việc cắt giảm mạnh mẽ ngay lập tức việc đánh bắt cá và bảo tồn môi trường đại dương trên toàn thế giới.

Thực phẩm

Cá là một nguồn thực phẩm quan trọng trong nhiều nền văn hóa. Xem thêm bài về Cá thực phẩm.
Hàm lượng cao protein (không đề cập đến hương vị) đã kích thích sự thèm ăn của bạn và những lợi ích của cá hồi vượt ra ngoài mong đợi. Cá hồi chứa axit béo Omega-3 giúp giảm sự cố cơ bắp do vận động, cải thiện tình trạng chăm sóc khớp và sức khỏe tim mạch.

Hệ tiêu hóa

Sự ra đời của các quai hàm cho phép cá ăn được nhiều chủng loại thức ăn hơn, bao gồm cây cỏ và các sinh vật khác. Cá ăn thức ăn bằng miệng và sau đó bị phân tách nhỏ một phần trong thực quản. Khi thức ăn vào tới dạ dày, nó bị phân tách tiếp, và ở nhiều loài cá, quá trình phân rã tiếp theo trong các túi giống ngón tay gọi là manh tràng môn vị. Manh tràng môn vị tiết ra các enzym tiêu hóa và hấp thụ các chất dinh dưỡng từ các thức ăn đã tiêu hóa. Các cơ quan như gan và tụy bổ sung các enzym và nhiều hóa chất tiêu hóa khác khi thức ăn chuyển động trong hệ tiêu hóa. Tại ruột thì quá trình tiêu hóa được hoàn thiện và các chất dinh dưỡng được hấp thụ hoàn toàn qua thành ruột cung cấp cho cơ thể, các chất cặn bã còn lại được thải ra ngoài qua lỗ hậu môn.

Hệ hô hấp

Phần lớn các loài cá trao đổi các chất khí bằng mang, là bộ phận nằm ở các bên của hầu. Các mang được cấu thành từ các cấu trúc tương tự như sợi chỉ gọi là các thớ mảnh. Mỗi thớ mảnh chứa một hệ thống các mao mạch để có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn cho việc trao đổi ôxy và điôxít cacbon. Cá trao đổi khí bằng cách hút nước giàu ôxy qua miệng và đẩy chúng qua các thớ mảnh của mang. Chúng sau đó đẩy nước nghèo ôxy ra ngoài thông qua các lỗ hổng ở các bên của hầu. Một số loài cá, như cá mập và cá mút đá, có nhiều lỗ hổng của mang. Tuy nhiên, phần lớn các loài cá có một lỗ hổng của mang trên mỗi bên của cơ thể. Lỗ hổng này được che đậy bằng một lớp chất xương bảo vệ gọi là nắp mang. Một số loài cá, như cá có phổi, đã phát triển cơ chế thích nghi để cho phép chúng có thể tồn tại trong các khu vực nghèo ôxy hay những nơi mà nước thường xuyên bị khô cạn. Các loài cá này có các cơ quan đặc biệt có tác dụng như phổi. Chúng có một ống đưa không khí chứa ôxy tới cơ quan này theo đường miệng cá. Một số loài cá có phổi là những loài phụ thuộc vào việc nhận ôxy từ không khí và chúng sẽ chết ngạt nếu không được nhô đầu lên khỏi bề mặt nước.

Hệ tuần hoàn

Cá có hệ tuần hoàn khép kín với tim làm nhiệm vụ bơm máu vào một vòng tuần hoàn đơn trong suốt cơ thể. Máu từ tim đi tới các mang, sau đó từ mang đi tới toàn bộ cơ thể, và sau đó quay ngược trở lại tim. Ở phần lớn các loài cá, tim bao gồm bốn phần: tĩnh mạch xoang, tâm nhĩ, tâm thất và động mạch bụng. Mặc dù có bốn phần nhưng tim cá vẫn chỉ là loại tim hai ngăn. Tĩnh mạch xoang là một cái túi có thành mỏng để thu thập máu từ các tĩnh mạch của cá trước khi cho nó chảy vào tâm nhĩ, là một ngăn lớn có cơ bắp. Giữa tâm nhĩ và tâm thất có các van có tác dụng cho máu chảy một chiều vào tâm thất. Tâm thất là ngăn có thành dày và có cơ bắp. Nó có tác dụng như một chiếc "máy bơm" thực thụ của tim. Nó bơm máu vào một ống to gọi là động mạch hình củ hành. Như một thiết bị ngoại vi, động mạch hình củ hành nối với mạch máu lớn gọi là động mạch chủ, từ đó máu chảy tới các mang cá.

Hệ bài tiết

Giống như nhiều loại động vật thủy sinh, phần lớn các loài cá giải phóng các chất thải chứa nitơ dưới dạng amôniắc. Một lượng nhỏ chất thải khuếch tán qua mang vào trong môi trường nước xung quanh. Phần còn lại được đưa vào thận, cơ quan bài tiết lọc các chất thải từ máu. Thận giúp cá kiểm soát nồng độ amôniắc trong cơ thể chúng. Cá nước mặn có xu hướng mất nước do hiện tượng thẩm thấu. Đối với cá nước mặn thì thận tích lũy các chất thải và trả lại càng nhiều nước càng tốt cho cơ thể. Điều ngược lại diễn ra đối với cá nước ngọt, chúng có xu hướng thu nước liên tục. Thận của cá nước ngọt là đặc biệt thích hợp để bơm một lượng lớn nước tiểu loãng ra ngoài. Một vài loài cá có thận thích nghi đặc biệt để thay đổi chức năng của nó, cho phép cá có thể di chuyển từ môi trường nước ngọt sang môi trường nước mặn.

Hệ thần kinh

Cá có hệ thần kinh phát triển tốt thiết lập xung quanh đại não, và được chia thành các phần khác nhau. Ở phía trước của não bộ là các tổ chức khứu giác hình củ hành, hỗ trợ cá trong việc ngửi. Không giống như phần lớn các động vật có xương sống khác, đại não của cá chủ yếu có tác dụng hỗ trợ khứu giác hơn là phản xạ cho toàn bộ các hành vi chủ động khác. Các thùy thị giác xử lý thông tin từ mắt. Đại não phối hợp các chuyển động của cơ thể trong khi phần cuối của não nối với tủy xương (tiểu não) kiểm soát chức năng của các nội tạng. Phần lớn các loài cá phát triển khá tốt cơ quan khứu giác. Gần như toàn bộ các loài cá kiếm ăn ban ngày có các mắt phát triển tốt có cảm nhận màu sắc tốt ít ra cũng bằng con người. Nhiều loài cá còn có các tế bào đặc biệt gọi là các thụ quan có trách nhiệm đối với những giác quan bất thường về mùi vị. Mặc dù cá có các tai trên đầu, nhưng nhiều loại cá không cảm thụ âm thanh tốt. Tuy nhiên, phần lớn cá có các thụ quan nhạy cảm tạo thành hệ thống đường bên. Hệ thống này cho phép cá phát hiện được các dao động và chuyển động nhẹ của dòng nước, cũng như để cảm nhận chuyển động của các loại cá khác ở gần nó hay của con mồi. Một số loài cá như cá da trơn hay cá mập, có các cơ quan có thể phát hiện các dòng điện cực nhỏ. Một số loài cá khác như lươn điện hay cá đuối điện, có thể sản sinh ra điện của chính nó.

Hệ cơ

Phần lớn các loài cá chuyển động bằng cách co các cặp cơ ở hai bên xương sống một cách so le. Sự co cơ này tạo ra đường cong hình chữ S làm cơ thể cá chuyển động xuống dưới. Khi đường cong đạt tới vây cuối thì lực phản hồi được tạo ra. Lực phản hồi này, kết hợp với các vây, làm cá chuyển động về phía trước. Các vây của cá có tác dụng như là các thiết bị ổn định của máy bay. Các vây cũng làm tăng diện tích bề mặt của đuôi, cho phép cá có được gia tốc lớn hơn. Cơ thể thuôn của cá làm giảm ma sát khi cá chuyển động trong nước.
Do đa phần cơ thể có khối lượng riêng trung bình nặng hơn nước, cá phải có cơ chế bù lại sự sai biệt này nếu không chúng sẽ bị chìm do lực đẩy Ác-si-mét không đủ để cân bằng trọng lực. Nhiều loài cá xương có một cơ quan gọi là bong bóng để điều chỉnh sức nổi của chúng thông qua điều chỉnh áp suất khí trong bong bóng. Khi giảm áp suất khí trong bong bóng, bong bóng cá bị ép nhỏ lại, thể tích giảm và lực đẩy Ác-si-méc giảm, khiến cá chìm xuống. Khi tăng áp suất khiến bong bóng nở ra, thể tích tăng và lực đẩy Ácsimét tăng, khiến cá nổi lên.

Một số loài cá lạ

Cá mèo đất: thuộc họ Phreatobius, cá mèo đất là động vật hiếm và khá bí ẩn. Chúng là loài cá duy nhất không sống dưới nước mà thường trườn trên các đống lá ẩm ướt dọc theo bờ suối. Da chúng có màu hồng, lầy nhầy. Vì cá mèo đất sống chủ yếu dưới lòng đất nên mắt chúng gần như mù.
Cá phổi: ngày nay, cá phổi không còn nhiều và tập trung chủ yếu tại châu Phi, Nam Mỹ và Australia. Khả năng lớn nhất của chúng chính là "sống dai". Cá phổi có thể sống sót qua các thời kỳ khô hạn, thiếu thức ăn trầm trọng bởi khả năng giấu mình dưới bùn, và chủ động rơi vào trạng thái "ngủ đông" trong suốt mùa khô hạn.