Wenn es um Tauchen tief, Cuvier ‚ s beaked whales führen die Packung. In einer im März 2014 veröffentlichten Studie verfolgten Wissenschaftler diese typischerweise schwer fassbaren Wale und berichteten, dass ein Wal in die schwindelerregenden Tiefen von 2,992 m (9,816 ft) getaucht sei. Derselbe Wal blieb 138 Minuten unter Wasser, ohne einen einzigen Atemzug zu nehmen.
Das Kunststück war außergewöhnlich, neue Säugetier Tauchrekorde in zwei Kategorien gleichzeitig zu brechen., Aber während sich die Schnabelwale des Cuviers als Championtaucher bewährt haben, haben sich auch andere Meeressäuger entwickelt und die Fähigkeit, tief und lang zu tauchen, geschliffen. Pottwale tauchen routinemäßig zwischen 500m und 1000m, Weddell-Robben gehen auf 600m und Elefantenrobben können zwei Stunden lang den Atem anhalten.
„Es ist einfach erstaunlich, was diese Tiere tun können“, sagt Andreas Fahlman von der Texas A&M University in Corpus Christi., „Diese Tiere machen diese tiefen Tauchgänge Tag für Tag, manchmal wiederholen sie die Tauchgänge mehrmals am Tag und scheinen keine Probleme damit zu haben. Die ständige Frage, die wir uns stellen, ist also: Wie machen sie das?“
Tiere tauchen aus einem Grund und aus einem Grund tief ein: um Nahrung zu bekommen, sagt Randall Davis, der auch an der Texas A&M University ist. „Diese Wale machen diese Tauchgänge zu enormen Tiefen, weil es eine gewisse Amortisation in Bezug auf eine Nahrungsressource gibt“, sagt Davis. „Tiere machen solche Dinge nicht zum Spaß. So verdienen sie ihren Lebensunterhalt.,“
Aber es ist eine herausfordernde Art, seinen Lebensunterhalt zu verdienen. Das unmittelbarste Problem ist der extreme, quetschende Druck. In 1000m Höhe erfährt der Schnabelwal eines Cuviers das 100-fache des Drucks, den er an der Oberfläche ausübt, genug, um die Luft in seiner Lunge vollständig zu komprimieren.
Um dies zu vermeiden, sagt Randall, haben sie Rippenkäfige, die sich zusammenklappen können, ihre Lungen kollabieren lassen und Lufttaschen reduzieren. Dann, kurz vor dem Tauchen, atmen diese Säugetiere 90% der Luft in ihren Lungen aus. Dies reduziert auch ihren Auftrieb und erleichtert das Tauchen.
Aber das führt zu einem neuen problem., Mit wenig Sauerstoff in der Lunge müssen die Wale sparsam sein, wenn es darum geht, das Gas bei ihren Tauchgängen zu verwenden. „Sie sind sehr sparsam“, sagt Fahlman. „Sie halten sich nur wirklich, wirklich fest an diesem Sauerstoff und versuchen, ihn so konservativ wie möglich zu verwenden.“
Um nicht mehr so viel Sauerstoff zu verbrauchen, können Tauch-Säugetiere ihre Atmung stoppen und den Blutfluss von ihren Extremitäten zum Gehirn, Herz und Muskeln unterbinden. Sie schließen auch die Verdauung, Nieren – und Leberfunktion.
Schließlich, senken Sie Ihre Herzfrequenz. Die meisten Säugetiere können dies tun, wenn sie tauchen, sogar Menschen., Aber bei Meeressäugern kann die Verlangsamung extrem sein. Wissenschaftler haben die Herzfrequenz von Weddell-Robben mit nur vier Schlägen pro Minute gemessen.
Die Tiere passen auch ihr Verhalten an, um Sauerstoff zu sparen, indem sie reduzieren, wie viel sie sich bewegen. Im Jahr 2000 befestigten Terrie Williams von der University of California, Santa Cruz und Kollegen Miniaturkameras an Weddell-Robben, einem Tümmler, einer Elefantenrobbe und einem Blauwal. Sie fanden heraus, dass die Tiere einfach nach unten glitten, ohne einen Muskel zu bewegen. Ihre geschrumpften Lungen reduzierten ihren Auftrieb, so dass sie eher sinken als schwimmen konnten.,
Aber es reicht nicht, nur geizig mit Sauerstoff zu sein. Sobald sie im tiefen Wasser sind, müssen sich Taucher wie Cuviers Schnabelwale an ihre Beute schleichen und sie überwinden. Dafür müssen sie etwas Sauerstoff finden.
Glücklicherweise haben sie einen Vorrat: Sie speichern Sauerstoff in Blut und Muskeln. Meeressäuger haben einen höheren Prozentsatz an sauerstoffspeichernden roten Blutkörperchen als die meisten Säugetiere, wodurch ihr Blut dick und viskos wird. Sie haben auch ein hohes Blut-zu-Körper-Volumen-Verhältnis. „Sie haben einfach ein größeres Sparkonto als wir“, sagt Fahlman.
Aber das sollte nicht genug sein., „Nach dem, was die Menschen für den gespeicherten Sauerstoff geschätzt haben, und der Geschwindigkeit, mit der sie diesen Sauerstoff verbrauchen, sollte es Tieren überhaupt nicht möglich sein, in diese Tiefen zu tauchen“, sagt Michael Berenbrink von der Universität Liverpool in Großbritannien.
Dann machte Berenbrink 2013 eine verblüffende Entdeckung über die Muskeln der Tiere. Wie alle Säugetiere enthalten ihre Muskeln ein Protein namens Myoglobin, das Sauerstoff speichert und dem Fleisch seine rote Farbe verleiht. Myoglobin ist zehnmal stärker in den Muskeln der Tiere konzentriert als in den menschlichen Muskeln., Es ist so konzentriert in Walen, dass ihr Fleisch fast schwarz erscheint.
Aber es sollte eine Grenze für die Menge an Myoglobin geben, die Muskeln enthalten können. Wenn zu viele der Moleküle in einen kleinen Raum packen, könnten sie zusammenkleben. Solche Verklumpungen können beim Menschen schwere Krankheiten verursachen, wie Diabetes und Alzheimer. Dennoch fand Berenbrink heraus, dass die Muskeln der Tiere scheinbar zu viel Myoglobin tragen.
Was ist Ihr Geheimnis? Berenbrink fand heraus, dass das Myoglobin von Tauchertieren positiv geladen ist., Da sich ähnliche Ladungen gegenseitig abstoßen, haften die positiv geladenen Myoglobinmoleküle nicht zusammen. Dies bedeutet, dass große Mengen an Myoglobin eingepackt werden können und viel Sauerstoff liefern.
Berenbrink fand heraus, dass alle von ihm untersuchten Tauchsäugetiere positiv geladenes Myoglobin hatten, obwohl einige größere positive Ladungen hatten als andere. Die höchsten Konzentrationen von Myoglobin treten in den Muskeln auf, die zum Schwimmen benötigt werden, genau dort, wo die Taucher es am meisten brauchen. Darüber hinaus deuteten genetische Analysen darauf hin, dass Schnabelwale wie erwartet die höchsten Myoglobinwerte aufweisen sollten.,
Aber während Berenbrinks Arbeit bei Tauchern einen veritablen eingebauten Sauerstofftank gefunden hat, wissen wir immer noch nicht, ob dieser Tank für die langen Tauchgänge von Schnabelwalen ausreicht. „Vieles wissen wir noch nicht“, sagt Berenbrink.
Auch wenn die tauchenden Säugetiere genug Sauerstoff haben, sind sie immer noch nicht aus dem Wald. Sie müssen sich auch mit einer Störung befassen, die als Dekompressionskrankheit oder „die Biegungen“bezeichnet wird. Beim Menschen können die Biegungen tödlich sein. Und es stellt sich heraus, dass Meeressäuger ebenfalls gefährdet sind.
Wenn sich ein menschlicher Taucher in der Tiefe befindet, lösen sich Gase in ihrem Blut auf., Wenn der Taucher dann zu schnell aufsteigt, führt der Druckabfall dazu, dass Gasblasen aus dem Blutkreislauf austreten und sich in Kapillaren und kritischen Organen festsetzen. Dies verursacht Unbehagen und Schmerzen und manchmal den Tod.
Ende 2002 wuschen sich 14 Schnabelwale an einem Strand auf den Kanarischen Inseln an Land. Als Wissenschaftler eine Autopsie an 10 der Wale durchführten, fanden sie tödliche Gewebeschäden, die normalerweise mit Gastaschen in lebenswichtigen Organen verbunden sind. Das deutete darauf hin, dass die Wale die Kurven hatten.,
Wissenschaftler hatten gedacht, dass Säugetiere immun gegen den Zustand waren, obwohl sie solche Blasen zuvor bei gestrandeten Tieren gefunden hatten. Zwischen 1992 und 2003 fanden Forscher blasenassoziierte Gewebeverletzungen bei Delfinen, Schweinswalen und einem einzelnen Blainville-Schnabelwal, der an britischen Küsten gespült wurde.
Die Frage wurde 2013 endgültig geklärt, als Daniel García-Párraga von Oceanografic in Valencia, Spanien, und seine Kollegen die Biegungen zum ersten Mal bei lebenden Meerestieren diagnostizierten: unechte Meeresschildkröten.,
Die Schildkröten waren versehentlich in kommerziellen Fischernetzen gefangen und von lokalen Fischern eingekauft worden. Von den 21, die lebend ankamen, zeigten 9 Anzeichen von Spastik. CT-Scans zeigten Blasen in den Organen der Schildkröten.
Es ist einfach, Dekompressionskrankheit zu diagnostizieren: einfach das Tier unter höheren Druck setzen und sehen, ob die Symptome klar. Zu diesem Zweck platzierte García die beiden kleinsten Schildkröten im Laborautoklav und komprimierte sie mit ähnlichen Protokollen wie für menschliche Taucher. Die Schildkröten erholten sich vollständig und García ließ sie schließlich wieder in die Wildnis frei.,
„Das ist das erste Mal, dass jemand irgendwo auf der Welt eine klinische Diagnose der Dekompressionskrankheit bei einem lebenden Meereswirbeltier gestellt hat“, sagt Michael Moore von der Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts.
Der Befund ist wichtig für die Bemühungen zur Erhaltung der Meeresschildkröten. Wir wissen jetzt, dass Schildkröten, die in Fischernetzen gefangen sind, unter den Biegungen leiden und behandelt werden müssen, bevor sie losgelassen werden. Wenn Fischer sie einfach aus den Netzen entwirren und sofort loslassen, können die Schildkröten an Dekompressionskrankheit sterben.,
Außerhalb des Fischfangs ist es jedoch schwer zu erkennen, warum Meeressäuger jemals die Kurven bekommen würden. Eine Studie von Fahlman und seinen Kollegen aus dem Jahr 2011 zeigte, dass sie immer anfällig für den Zustand sind, unter normalen Bedingungen jedoch vermeiden können, ihn zu bekommen. Dekompressionskrankheit tritt auf, wenn sie zu schnell aufsteigen, also hätten sie sich sicherlich weiterentwickeln sollen, um das nicht zu tun. Aber vielleicht zwingt sie etwas, an die Oberfläche zu eilen?
Im Beaching 2002 fand nur vier Stunden zuvor eine Reihe von Militärübungen mit Sonar in der Region statt., Seit diesem Vorfall haben Forscher die Zusammenhänge zwischen Sonaraktivität und Strandungen von Meeressäugern an Stränden im Mittelmeer, auf den Kanarischen Inseln und auf den Bahamas festgestellt.
Wenn Wale theoretisch 1000 m oder 2000 m tiefer sind, könnte das Geräusch von Sonar sie an die Oberfläche rocken lassen. Wenn sie zu schnell kamen, könnten ihre Anti-Dekompressionsmechanismen nicht mithalten. Aber wir können das nicht bestätigen, sagt Fahlman. „Niemand versteht überhaupt, wie sie die Kurven vermeiden, geschweige denn, wie sie dann in bestimmten Situationen die Kurven bekommen“, sagt Fahlman.,
Wale scheinen Sonar nicht zu mögen. Als Wissenschaftler Cuviers Schnabelwale für eine Studie aus dem Jahr 2013 Simulationen von Sonar ausgesetzt hatten, hörten die Wale auf zu fließen und zu echolokieren, und schwammen schnell und leise davon. Sie blieben dann länger als normal unter Wasser.
“ Aber was zeigt das wirklich?“fragt Fahlman. „Es sagt uns nichts darüber aus, wie sich die Wale in großen Tiefen unter Wasser verhalten könnten.“
Fahlman sagt, die einzige Möglichkeit zu verstehen, warum die Wale die Kurven bekommen, besteht darin, ihr normales Verhalten und ihre Physiologie herauszufinden, insbesondere wie sie beim Tieftauchen zurechtkommen., Aber das ist keine gemeine Aufgabe, nicht zuletzt, weil Wale viel zu groß sind, um jemals in einem Labor zu studieren.
Diese Studien könnten unerwartete Vorteile haben, fügt Fahlman hinzu. Durch die Entschlüsselung der Physiologie des Extremtauchens können Forscher herausfinden, wie bestimmte klinische Zustände beim Menschen behandelt werden können. Ein Beispiel ist die Atelektase, bei der die Lunge einer Person zusammenbricht und die Atmung behindert. Extreme Tauchgänge von Meeressäugern können den Weg zu einer Heilung weisen.
„Sie tauchen in Tiefen, die absolut phänomenal sind“, sagt Fahlman., „Mit unserem derzeitigen Wissen über Physiologie gehen sie weit über das hinaus, was sie tun sollen.“
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