Esta espécie de peixe possui características biológicas e ecológicas bem distintas: De grande porte, sua cabeça é achatada e ossificada, com um corpo alongado e escamoso. Pode crescer até três metros de comprimento e pesar cerca de 250 kg, possui dois aparelhos respiratórios, as brânquias, para a respiração aquática e a bexiga natatória modificada, especializada para funcionar como pulmão, no exercício da respiração aérea, obrigatória principalmente durante a seca, ocasião em que os peixes formam casais, procuram ambientes calmos e preparam seus ninhos, reproduzindo durante a enchente; é papel do macho proteger a prole por cerca de seis meses. Os filhotes apresentam hábito gregário, e durante as primeiras semanas de vida, nadam sempre em torno da cabeça do pai, que os mantém próximos à superficie, facilitando-lhes o exercício da respiração aérea.
Apesar de ser uma espécie resistente, suas características ecológicas e biológicas o tornam bastante vulnerável à ação de pescadores. Os cuidados com os ninhos, após a desova expõe os reprodutores à fácil captura com redes de pesca ou arpão. Durante o longo período de cuidados paternais, a necessidade fisiológica de emergir para respirar ocorre em intervalos menores, ocasião em que os peixes são pescados. O abate dos machos nestas circunstâncias e também a longa fase de imaturidade sexual dos filhotes, conhecidos como "bodecos" onde seu peso varia entre 30 e 40 quilos, propicia a captura destes por predadores naturais como as piranhas, fazendo assim com que o sucesso reprodutivo da espécie seja diminuído.
O Pirarucu não apresenta dimorfismo sexual externo, salvo quando em época de reprodução, que apresenta diferenças nas colorações de suas escamas.
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