När det gäller dykning djup, Cuvier ’ s beaked whales lead the pack. I en studie som publicerades i mars 2014 spårade forskare dessa typiskt svårfångade valar och rapporterade en val dök till det svimlande djupet av 2,992 m (9,816 ft). Samma val stannade under vattnet, utan att ta ett enda andetag, i 138 minuter.
bedriften var exceptionell, bryta nya däggdjursdyk poster i två kategorier samtidigt., Men medan Cuvier ’ s beaked valar har visat sig som mästare dykare, andra marina däggdjur har också utvecklats, och finslipat, förmågan att dyka djupt och länge. Spermier valar rutinmässigt dyka mellan 500m och 1000m, Weddell tätningar gå till 600m, och elefant tätningar kan hålla andan i två timmar.
”det är bara förvånande vad dessa djur kan göra”, säger Andreas Fahlman i Texas A&M University i Corpus Christi., ”Dessa djur gör dessa djupa dyk dag in, dag ut, ibland upprepa Dyk ett antal gånger om dagen, och verkar inte ha några problem med det. Så den ständiga frågan vi ställer oss är: hur gör de det?”
djur dyker djupt av en anledning, och en anledning ensam: att få mat, säger Randall Davis, som också är i Texas a& M University. ”Dessa valar gör dessa Dyk till enorma djup eftersom det finns lite återbetalning när det gäller en matresurs”, säger Davis. ”Djur gör inte såna här saker för skojs skull. Så här försörjer de sig.,”
men det är ett utmanande sätt att försörja sig på. Det mest omedelbara problemet är det extrema, krossande trycket. Vid 1000m ner upplever en Cuviers beaked whale 100 gånger trycket som de gör på ytan, tillräckligt för att helt komprimera luften i lungorna.
För att undvika detta, säger Randall, de har ribbburar som kan vikas ner, kollapsar sina lungor och minskar luftfickor. Sedan, strax före dykning, andas dessa däggdjur 90% av luften i lungorna. Detta minskar också deras flytkraft, vilket gör det lättare att dyka.
men det introducerar ett nytt problem., Med lite syre i lungorna måste valarna vara sparsamma när det gäller att använda gasen på sina Dyk. ”De är mycket sparsamma”, säger Fahlman. ”De håller verkligen fast vid detta syre och försöker använda det så konservativt som möjligt.”
för att sluta använda så mycket syre kan dykdäggdjur stoppa andningen och shunt blodflödet från sina extremiteter till hjärnan, hjärtat och musklerna. De stänger också ner matsmältning, njure och leverfunktion.
slutligen sänker de sin hjärtfrekvens. De flesta däggdjur kan göra detta när de dyker, även människor., Men i marina däggdjur kan avmattningen vara extrem. Forskare har mätt hjärtfrekvensen för dykning Weddell sälar på bara fyra slag per minut.
djuren anpassar också sitt beteende för att spara syre genom att minska hur mycket de rör sig. År 2000 kopplade Terrie Williams från University of California, Santa Cruz och kollegor miniatyrkameror till Weddell seals, en flasknosdelfin, en elefantsäl och en blåval. De fann att djuren helt enkelt glidde nedåt utan att flytta en muskel. Deras krympta lungor minskade deras flytkraft, så att de kunde sjunka istället för att simma.,
men det räcker inte att bara vara snål med syre. När de är i djupt vatten måste dykare som Cuvier ’ s beaked whales smyga sig på och övervinna sitt byte. För det måste de hitta lite syre.
lyckligtvis har de en leverans: de lagrar syre i blodet och musklerna. Marina däggdjur har en högre andel syrelagring av röda blodkroppar än de flesta däggdjur, vilket gör blodet tjockt och visköst. De har också ett högt blod-till-kropp-volymförhållande. ”De har helt enkelt ett större sparkonto än vi gör”, säger Fahlman.
men det borde inte räcka., ”Från vad människor har uppskattat för det syre som lagras, och den hastighet med vilken de konsumerar detta syre, borde det inte vara möjligt för djur att dyka till dessa djup alls”, säger Michael Berenbrink vid University of Liverpool i Storbritannien.
sedan 2013 gjorde Berenbrink en häpnadsväckande upptäckt om dykning av djurens muskler. Liksom alla däggdjur innehåller deras muskler ett protein som kallas myoglobin som lagrar syre och ger köttet sin röda färg. Myoglobin är tio gånger mer koncentrerad i dykdjurens muskler än i mänskliga muskler., Det är så koncentrerat i Valar att deras kött verkar nästan svart.
men det bör finnas en gräns för mängden myoglobin som musklerna kan innehålla. Om för många av molekylerna packas in i ett litet utrymme, kan de hålla ihop. Sådan klumpning kan orsaka allvarliga sjukdomar hos människor, såsom diabetes och Alzheimers. ändå fann Berenbrink att dykdjurens muskler uppenbarligen bär för mycket myoglobin.
vad är deras hemlighet? Berenbrink fann att myoglobin av dykdjur är positivt laddad., Eftersom som laddningar stöter bort varandra, håller de positivt laddade myoglobinmolekylerna inte ihop. Detta innebär att stora mängder myoglobin kan packas in, levererar mycket syre.
Berenbrink fann att alla dykdäggdjur han studerade hade positivt laddade myoglobin, även om vissa hade större positiva laddningar än andra. De högsta koncentrationerna av myoglobin förekommer i musklerna som behövs för simning, exakt där dykarna behöver det mest. Dessutom föreslog genetiska analyser att beaked whales skulle ha de högsta nivåerna av myoglobin, som vi förväntar oss.,
men medan Berenbrinks arbete har hittat en veritabel inbyggd syretank i dykare, säger han att vi fortfarande inte vet om den här tanken ger tillräckligt för de långa dyk som gjorts av beaked whales. ”Det finns fortfarande mycket som vi inte vet”, säger Berenbrink.
även om dykdäggdjuren har tillräckligt med syre, är de fortfarande inte ute ur skogen. De måste också hantera en sjukdom som kallas dekompressionssjukdom eller”böjningarna”. Hos människor kan böjningarna vara dödliga. Och det visar sig att marina däggdjur också är i fara.
När en mänsklig dykare är på djupet löses gaser i blodet., Om dykaren sedan kommer upp för snabbt, orsakar tryckfallet gasbubblor att komma ut ur blodomloppet och få in i kapillärer och kritiska organ. Detta orsakar obehag och smärta, och ibland döden.
i slutet av 2002 tvättades 14 valar i land tillsammans på en strand på Kanarieöarna. När forskare utförde en obduktion på 10 av valarna fann de dödlig vävnadsskada som vanligtvis är förknippad med gasfickor i vitala organ. Som föreslog valarna hade kurvor.,
forskare trodde att dykdäggdjur var immuna mot tillståndet, trots att de hade hittat sådana bubblor tidigare hos strandade djur. Mellan 1992 och 2003 fann forskare bubbelrelaterad vävnadsskada i delfiner, tumlare och en enda Blainville ’ s beaked whale spolats upp på brittiska stränder.
frågan avgjordes slutligen 2013, när Daniel García-Párraga av Oceanografic i Valencia, Spanien och hans kollegor diagnostiserade böjningarna för första gången i levande marina djur: loggerhead havssköldpaddor.,
sköldpaddorna hade oavsiktligt fångats i kommersiella fiskenät och köpts in av lokala fiskare. Av de 21 som kom levande visade 9 tecken på spasticitet. Datortomografi visade bubblor i sköldpaddornas organ.
det är lätt att diagnostisera dekompressionssjukdom: sätt bara djuret under högre tryck och se om symtomen är klara. För detta ändamål placerade García de två minsta sköldpaddorna i labbet autoklaven och omkomprimerade dem med liknande protokoll som de som används för mänskliga dykare. Sköldpaddorna gjorde en fullständig återhämtning och García släppte dem så småningom tillbaka i naturen.,
”det är första gången någon någonstans i världen har uppnått en klinisk diagnos av dekompressionssjukdom i ett levande Marint ryggradsdjur”, säger Michael Moore från Woods Hole Oceanographic Institution i Massachusetts.
fyndet är viktigt för insatser för att bevara havssköldpaddor. Vi vet nu att sköldpaddor som fångas upp i fiskenät kan drabbas av böjningarna och behöver behandling innan de släpps. Om fiskare helt enkelt lossnar dem från näten och släpper dem omedelbart, kan sköldpaddorna dö av dekompressionssjuka.,
utanför fisket är det dock svårt att se varför marina däggdjur någonsin skulle få böjningarna. En 2011-studie av Fahlman och hans kollegor indikerade att de alltid är mottagliga för tillståndet, men under normala förhållanden kan man undvika att få det. Dekompressionssjuka händer om de stiger upp för snabbt, så säkert borde de ha utvecklats för att inte göra det. Men kanske tvingar något dem att rusa till ytan?
under 2002 genomfördes en rad militära övningar med sonar i regionen bara fyra timmar tidigare., Sedan denna incident har forskare noterat sambanden mellan ekolod och strandning av marina däggdjur på stränder i Medelhavet, Kanarieöarna och Bahamas.
i teorin, om valar är 1000m eller 2000m ner, kan ljudet av ekolod skicka dem raketing upp till ytan. Om de kom upp för snabbt, kanske deras anti-dekompressionsmekanismer inte hänga med. Men vi kan inte bekräfta detta, säger Fahlman. ”Ingen förstår ens hur de undviker böjningarna, än mindre hur de sedan fortsätter att få böjningarna i vissa situationer”, säger Fahlman.,
valar verkar ogillar ekolod. När forskare exponerade Cuviers beaked whales för simuleringar av ekolod för en 2013-studie slutade valarna fluking och echolocating och simmade bort snabbt och tyst. De stannade sedan under vattnet längre än normalt.
”men vad visar det egentligen?”frågar Fahlman. ”Det berättar inte för oss något om hur valarna kan bete sig under vattnet, på stora djup.”
Fahlman säger Det enda sättet att förstå varför valarna får böjningarna är att räkna ut sitt normala beteende och fysiologi, särskilt hur de klarar av djupdykning., Men det är ingen elak uppgift, inte minst för att valar är alldeles för stora för att någonsin studera i ett laboratorium.
dessa studier kan ha oväntade fördelar, tillägger Fahlman. Genom att unravelling fysiologin av extrem dykning kan forskare räkna ut hur man behandlar vissa kliniska tillstånd hos människor. Ett exempel är atelektas, där en persons lungor kollapsar och hindrar andning. Marina däggdjurs extrema dyk kan peka vägen till ett botemedel.
”de dyker till djup som är helt fenomenala”, säger Fahlman., ”Med vår nuvarande kunskap om fysiologi går de långt utöver vad de ska kunna göra.”
Lämna ett svar