Um unter Wasser atmen zu können, müssen Fische gelösten Sauerstoff aus dem Wasser aufnehmen. Sie tun dies mit Hilfe ihrer Kiemen.1 Wasser gelangt in das Maul des Fisches und dann drückt der Fisch das Wasser durch seine Kiemen, vorbei an vielen winzigen Blutgefäßen, und aus den Kiemenschlitzen heraus. Die Kiemen nehmen Sauerstoff aus dem Wasser auf und lassen das Wasser Kohlendioxid und Ammoniak aus den Blutgefäßen in den Kiemen abtransportieren. Die Kiemenfäden sind der rote, fleischige Teil der Kiemen; sie nehmen Sauerstoff in das Blut auf. Jedes Filament hat Tausende von feinen Ästen (Lamellen), die dem Wasser ausgesetzt sind. Die Verzweigungen enthalten Blutkapillaren unter einem dünnen Epithel, das das Blut vom Wasser trennt, so dass Sauerstoff und Kohlendioxid leicht durchdringen können.
Allerdings verlassen sich nicht alle Fische vollständig auf ihre Kiemen, um zu atmen. Einige Fischarten nehmen einen großen Teil des benötigten Sauerstoffs über die Haut auf, insbesondere wenn sie Jungtiere sind. Andere haben Lungen oder andere zusätzliche Luftkammern, die sich entwickelt haben, um Luft von der Wasseroberfläche zu atmen, und diese Fischarten können ertrinken, wenn sie keinen Zugang zur Wasseroberfläche haben.
Kiemenfilamente
Die Kiemenfilamente von Fischen haben ähnliche Funktionen wie die Lungen von Menschen: Sie sind das Organ, das für die Aufnahme von Sauerstoff und den Ausstoß von Kohlendioxid verantwortlich ist. Die Kiemen regulieren außerdem den Mineraliengehalt und den pH-Wert des Blutes und sind der wichtigste Ort für die Ausscheidung von stickstoffhaltigen Abfallstoffen in Form von Ammoniak.
Die Kiemenfilamente von Knochenfischen werden auch „primäre Lamellen“ genannt.2 Es handelt sich um komplizierte Strukturen mit einer großen Oberfläche. Kleinere „Sekundärlamellen“ sind Ableger der Primärfilamente. Die Sekundärlamellen enthalten kleine Blutkapillaren und das Blut fließt in die entgegengesetzte Richtung des Wassers. Daher hat das Wasser, das an den Sekundärlamellen vorbeifließt, immer eine höhere Sauerstoffkonzentration als das Blut, so dass der Sauerstoff über die gesamte Länge der Sekundärlamellen aufgenommen wird. Auf diese Weise wird auch Kohlendioxid passiv aus dem Blut ins Wasser diffundiert.
Aktiv schwimmende Fische haben Kiemenfilamente, die hoch entwickelt sind, um die Sauerstoffaufnahme zu maximieren. Ruhende Fische, die am Boden leben, haben in der Regel Kiemenfilamente, die kleinere Mengen aufnehmen, da sie weniger aktiv sind und den Sauerstoff nicht so schnell verbrauchen.
Kiemenbögen
Die meisten Fische haben drei oder mehr Kiemenbögen auf jeder Seite des Körpers. Diese stützen die Kiemenfäden und sind knorpelig oder knöchern und wie ein Bumerang geformt. Jeder Kiemenbogen besteht aus einem oberen und einem unteren Glied, die im Rücken miteinander verbunden sind. An den Kiemenbögen sind Kiemenfäden und Kiemenräumer befestigt.
Die Kiemenbögen bieten sowohl den Kiemen als auch den Blutgefäßen Halt.2 Arterien, die in die Kiemen eintreten, bringen sauerstoffarmes Blut mit einer hohen Konzentration von Abfallstoffen. Die Arterien, die die Kiemen verlassen, enthalten Blut mit wenig Abfallstoffen, das reich an Sauerstoff ist.
Kiemenräumer
Kiemenbrecher sind knöcherne Vorsprünge, die den Fischen bei der Nahrungsaufnahme helfen.3 Sie zeigen von den Kiemenbögen nach vorne und nach innen. Ihre Anzahl und Form variiert je nach Ernährungsweise des Fisches: Weit auseinander liegende Kiemenhaken sind bei Fischen zu finden, die große Beutetiere wie andere Fische fressen. Sie verhindern, dass sich das Beutetier befreien und zwischen den Kiemen entkommen kann. Bei Fischen, die kleinere Beutetiere fressen, ist eine größere Anzahl dünnerer, längerer Kiemenharken zu sehen. Arten, die Plankton und winzige Schwebstoffe fressen, haben extrem lange und dünne Kiemenharken. Einige Fische haben mehr als 150 allein am unteren Bogen, die dazu beitragen, Nahrungspartikel im Schlund zu sammeln, die verschluckt werden können, während das Wasser durch die Kiemenschlitze abgeleitet wird.