Das durch die Kiemenspalten abfliessende Wasser gelangt in die Kiemenhöhlen, in welchen sich die Kiemenbögen befinden. Die Kiemenbögen bestehen aus gebogenen rinnenförmigen Knochenplatten mit nach unten gekehrten Rinnen. In diesen Rinnen laufen die Blutgefässe, welche das Blut aus dem Herzen in die Kiemen leiten, und andere, die das Blut aus den Kiemen dem Körper zuführen. In den Kiemenblättchen, welche an jedem Bogen in zwei Reihen dicht gedrängt stehen, tritt das kohlensäurehaltige Blut mit dem sauerstoffhaltigen Wasser in Gasaustausch, das Blut tritt sauerstoffreich in den Körper zurück, während das verbrauchte Atemwasser unter dem Kiemendeckel durch die Kiemenöffnung abfliesst und durch neues aus der Mundhöhle ersetzt wird. In der Regel sind vier Paar Reihen von Kiemenblättchen auf jeder Seite des Kopfes vorhanden. An der Innenseite des Kiemendeckels sitzt häufig noch eine sogenannte Nebenkieme (z. B. beim Stör), welche aber funktionslos ist. Die Acanthopsiden (Schlammpeitzker, Steinbeisser und Schmerle) können im Notfalle auch durch den Darm die Atmung vollziehen, indem sie Luft einschnappen und durch den Darm treten lassen, wobei sie einen quietschenden Ton erzeugen. Die anderen Fische atmen dagegen hauptsächlich durch die Kiemen. Manche Fische, welche einen sehr fest schliessenden Kiemendeckel haben, wie der Aal und viele Cypriniden, können stundenlang, selbst tagelang ausserhalb des Wassers zubringen, ohne zu ersticken, indem die Wassermenge, welche in den nach aussen fest geschlossenen Kiemenhöhlen zurückgehalten ist, genügt, um die Aufnahme der durch den Mund eingeschnappten Luft durch die Kiemen zu vermitteln. Andere Fische, namentlich die mit sehr weiten Kiemenspalten und kurzen Kiemendeckeln versehenen Salmoniden, sterben aus dem Wasser genommen sehr bald ab. Bei den Neunaugen weichen auch die Kiemen von denen der anderen Fische ab. Sie sind nicht an Kiemenbögen befestigt, sondern bestehen jederseits in sieben Säckchen, welche durch ein festes Knorpelgerüst gestützt werden, und im Innern mit zahlreichen Kiemenfalten, welche die Stelle der Kiemenblättchen vertreten, bekleidet sind. Das Atemwasser wird aus der Mundhöhle durch einen besonderen Längskanal, welcher mit entsprechenden Seitenöffnungen versehen ist, zugeführt, und fliesst aus jedem Kiemensäckchen durch eine besondere Öffnung nach aussen ab. Die sieben äusseren Kiemenöffnungen samt dem Auge und dem einfachen Nasenloch sollen dem Fisch seinen Namen „Neunauge“ gegeben haben.

Ausser den Kiemen atmen die Fische auch durch die Haut, wie A. von Humboldt und Provençal[42] durch Versuche nachwiesen. Kohlensäure wirkt nach diesen Forschern tödlich auf die Fische, während Stickstoff und Wasserstoff, wie bei den höheren Wirbeltieren, indifferent sind. In luftlosem (ausgekochtem) Wasser starben die eingesetzten Fische nach 1¾ bis 4 Stunden. Nach den genannten Untersuchungen berechnete Treviranus, dass die Schleihe, deren Sauerstoffbedürfnis für gering zu halten ist, für je 100 Gran Körpergewicht in 100 Minuten 0.01 cbcm Kohlensäure erzeugt, während Säugetiere das fünfzigfache an Kohlensäure produzieren.

Das verschiedene Sauerstoffbedürfnis ist anscheinend, neben dem Wärmebedürfnis, eine der Hauptursachen der Verteilung der Fischarten auf die einzelnen Gegenden eines und desselben Flussgebietes. Der Sauerstoffgehalt einer Wassermenge ist teils von der Temperatur, teils von der Menge der Stoffe bezw. der Organismen abhängig, welche den Sauerstoff zu absorbieren vermögen.

Die Temperatur übt einen wesentlichen Einfluss auf die Fähigkeit des Wassers, Luft aufzunehmen, aus. Eine Wassermenge, welche bei 5° C. 100 Raumteile Sauerstoff aufnimmt, kann davon bei 20° nur etwa 79.2 Teile in Lösung halten. Man stelle sich vor, der Sauerstoffgehalt der von den Landtieren eingeatmeten Luft nehme an einer Örtlichkeit um etwa ⅕ ab, und man wird es natürlich finden, dass die Lebewelt an dieser Örtlichkeit eine abweichende ist.

Viel bedeutender noch kann die Verminderung des Sauerstoffs durch die Einwirkung oxydierbarer Substanzen werden. Untersuchungen des Themsewassers in der Umgegend von London haben ergeben, dass das Wasser dieses Flusses, welches etwa 5 Meilen oberhalb London bei Kingston 7.4 cbcm Sauerstoff im Liter enthält, dicht bei London davon nur 1.5 cbcm, nach dem Durchgange durch die Riesenstadt, bei Woolwich, sogar nur 0.25 cbcm, also nur eine Spur Sauerstoff, den 30. Teil von seinem Gehalte in der minder verunreinigten Flussgegend, enthält[43].

Bei so enormer Verminderung des Gehaltes an Atemluft kann es nicht in Verwunderung setzen, wenn die mit leicht oxydierbaren organischen Substanzen gefüllten Abwässer grosser Städte und industriereicher Gegenden den Bestrebungen zur Vermehrung und Veredelung des Fischbestandes ein kaum zu überwindendes Hindernis entgegensetzen[44].

Nicht so jäh und verderblich, wie die Abfuhrstoffe der Städte und Fabriken, aber sicher auch von erheblicher Wirkung auf den Sauerstoffgehalt des Wassers sind die Reste abgestorbener Lebewesen, der organische Mulm, welcher durch die Regen- und Schneewässer aus dem Niederschlagsgebiet des Flusssystems dem Wasser desselben auf seinem Laufe zum Meer in immer steigender Menge zugeführt wird. Auch das Gefälle und die Bodenbeschaffenheit des Flussbettes sind von Einfluss: Ein über Kiesbänke und Steine rauschender Bach bietet seinem Wasser mehr Gelegenheit zur Sauerstoffaufnahme, als ein träges, tiefes Gewässer, in dem noch dazu der hineingeschwemmte Mulm sich ablagert. Die Wirkung des Sauerstoffmangels im Wasser ist für die Fische eine doppelte: Nicht nur mangelt den Organismen, Tieren wie Pflanzen, die notwendige Lebensluft, sondern es nimmt auch die Bildung schädlicher Stoffe, besonders des betäubenden Sumpfgases, zu.

Unter diesen Verhältnissen ist es verständlich, dass sauerstoffbedürftige Fische sauerstoffarme Gewässer vermeiden. Anderseits bedürfen manche Fische einer gewissen Wärme des Wassers (z. B. der Karpfen), damit ihre Lebensfunktionen, Ernährung und Fortpflanzung, zur Thätigkeit angeregt werden. Solche Fische sind von dauernd kühlen Gewässern ausgeschlossen.

Man hat gefunden, dass viele Arten der Fische gemeinsame Lebensbedürfnisse haben, so dass sie in Flussstrecken, welche eine gewisse Beschaffenheit haben, leben können. A. Fritsch[45] hat zuerst die Flussregionen Böhmens, welche charakteristische Fischgesellschaften enthalten, unterschieden und nach ihren Hauptfischen benannt. M. von dem Borne[9] hat diese Methode für die deutschen Gewässer durchgeführt, und sie ist jetzt allgemein angenommen. Man unterscheidet:

  1. die Forellenregion, mit Bachforelle, Elritze, den Kaulköpfen, Schmerle, Döbel,
  2. die Aeschenregion, mit Aesche, Barbus Petenyi, Gründling, Bachneunauge[46] (im obern Teile dieser Region liegen die Laichstellen der Lachse),
  3. die Barbenregion, mit Barbe, Huchen, Nase, Rapen, Zärthe, Schneider, Häsling, Karpfen, Quappe, Bitterling, Mairenke, Streber, Strömer, Motken,
  4. die Bressenregion (Bleiregion), mit Bressen, Blei, Wels, Orfe, Rotauge, Schleihe, Karausche, Aal.