Dlaczego uszczelki mogą być pod wodą przez długi czas?

Podwodne środowisko jest wrogie dla ssaków. Bez Aqualanga osoba może wytrzymać pod wodą przez nie więcej niż sześć minut, podczas gdy niektóre foki można zanurzyć na okres do pół godziny.

Cessonus (dekompresja) choroba (znana jako choroba nurków), powodując utratę przytomności na głębokości 100 m, zatrucie tlenem, powodując konwulsje, ciężką niedotlenienie, z czego przyciemnia w oczach-wszystkie są problemy związane z zanurzeniem na większej głębokości. Aby uniknąć tych niebezpieczeństw, pieczęcie przeszły długi rozwój ewolucyjny i opracowały szereg idealnych urządzeń.

Wiele ssaków żywi się w wodzie lub w pobliżu, ale tylko dwa oddziały - wielorybnictwo i syreny - są w pełni przystosowane do stylu życia wody. Pieczęnie, koty morskie i lwy morskie należące do oddziału straganów spędzają większość swojego życia w wodzie, pozostawiając je tylko na krótki czas.

Tak więc wszystkie te zwierzęta są dobrze przystosowane do życia podwodnego, ale pozostałe powietrze są zmuszone do powrotu na powierzchnię wody, aby uzupełnić dostawę tlenu.

Pierwszym krokiem do pieczęci nurkowania było wydech większości powietrza z płuc. Po nurkowaniu pod ciśnieniem wodnym płuca są sprężone, a powietrze jest wciśnięte do oskrzeli, a następnie przechodzi przez usta i nos. Ten mechanizm kompresji płuc prowadzi do faktu, że na głębokości około 60 m w ciele zwierzęcia nie ma wolnego gazu, który pomaga uniknąć zatorowości powietrza - zjawisko, gdy pęcherzyki wolnego gazu pod ciśnieniem Głębokość rozpuszczają się we krwi, a po podniesieniu na powierzchnię gotuj się na naczyniach powierzchniowych nurkowania.

Na pierwszy rzut oka idea ściskanie płuc nie jest najbardziej udana. Ale ta zdolność stała się konieczna do nurkowania pieczęci do znacznej głębokości. Gdy płuca są ściskane, czas zanurzenia zależy od ilości tlenu przechowywanego w ciele.

Nurkowanie, wszystkie ssaki potrzebują tlenu, ponieważ metabolizm nie kończy się podczas zanurzenia. Ich układ krwi jest dobrze przystosowany, aby zapewnić, że dostawa mózgu nie zatrzyma się. Krew pieczęci zawiera dużą liczbę czerwonych krwinek i dużo hemoglobiny, która wiąże tlen i rozprzestrzenia się w całym ciele. Znaczna część uszczelnień tlenu jest przechowywana w mięśniach za pomocą mioglobiny (białko wiążące tlen).

Kolejną kluczową adaptacją jest ograniczenie tlenu tkankowego poprzez zmniejszenie lub zatrzymanie krążenia krwi w kończynach i narządach, które nie mają istotnych funkcji. Efekt ten osiąga się poprzez ściskanie naczyń krwionośnych i zmniejszenie częstości akcji serca. W niektórych przypadkach serce podczas zanurzenia stanowi do 4 uderzeń na minutę zamiast zwykłych 60-80. U ciężarnych kobiet nawet rytm serca zarodków spowalnia jednocześnie z matką.

Wszystkie te zmiany fizjologiczne pozwalają ssakom na niezwykłe zanurzenie. Słoni morskie są uważane za mistrzów, chociaż ich osiągnięcia zanikają przed zdolnościami dziób i wielorybników. Samce słoni morskich nurkują średnio przez 30-40 minut, niedobór tlenu w ciągu kilku minut na powierzchni wody. W morzu, gdzie spędzają 10 miesięcy rocznie, 90% czasu słonia morskiego znajduje się pod wodą. W razie potrzeby zwiększa czas zanurzenia do godziny, co pozwala łowić ryby na znacznej głębokości. Zazwyczaj słonie morskie żywią się 300-600 metrów od powierzchni wody, ale w razie potrzeby spadają na głębokość około 900 metrów.

Nurkując przez długi czas, foki wymagają długich wakacji: 45 minut spędzonych pod wodą wymaga odpoczynku przez godzinę na powierzchni. Jednak słonie morskie są w stanie zrobić kilka nurkowań z rzędu, relaksując się w powietrzu tylko przez kilka minut.

Znaczna masa pomaga słonemu morskiemu zmniejszyć koszty metaboliczne podczas nurkowania na jednostkę masy. Ponieważ ilość przechowywanego tlenu zależy od masy, u dużych ssaków, podaż jest większa zarówno pod względem wartości bezwzględnych, jak i względnie ich potrzeb. Ale nawet mężczyźni kotów morskich, których masa ciała jest porównywalna z masą psa, mogą zanurzyć się na głębokości ponad 200 metrów ponad 5 minut.

Naukowcy od dłuższego czasu kłócili się o to, jak zwierzęta, których anatomia i fizjologia są tak podobne u większości ssaków naziemnych, mogą dokonać tak długiego zanurzenia. Ssaki nurkowe wykorzystały całą plastyczność ich struktury, co pozwoliło im uzyskać dostęp do bogatych zasobów paszowych oceanu. Limit ich możliwości zależy głównie na podstawie ilości tlenu, który można osiedlić w organizmie. Ponadto wiemy, że niektóre zwierzęta mają reżim metabolizmu beztlenowego, który zależy od właściwości buforu redoks-renewal krwi i mięśni w warunkach szybkiego akumulacji kwasu mlekowego jako produktu takiego metabolizmu.

Ssaki morskie są bardziej odporne na wysokie stężenie kwasu mlekowego niż ludzie. Metabolizm beztlenowy jest 18 razy skuteczny niż aerobowy i zwykle wymaga długiego okresu odzyskiwania, więc można go stosować tylko w ekstremalnych przypadkach. Z drugiej strony konieczne jest zapewnienie nurce dostępu do bogatych zasobów żywnościowych, co równoważy stosunkowo wysoką wartość energii procesu zanurzenia w kolumnie wodnej.