Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Как водные млекопитающие дышат под водой

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Средний объём лёгких человека составляет 2500 миллилитров. При спокойном вдохе поглощается 500 миллилитров воздуха, из которых 140 остаётся в так называемом «вредном пространстве», а 360 поступает в лёгкие. Значит, альвеолярный воздух вентилируется всего лишь на одну седьмую часть (360/2500).

Водные млекопитающие киты за одно дыхательное движение обновляют содержимое лёгких на 90 процентов! Подвижная грудная клетка, мощные дыхательные мускулы, развитая мускулатура в лёгочной ткани – всё это приспособлено для того, чтобы сделать глубокий выдох – вытолкнуть бесполезный, отдавший кислород воздух и как можно быстрее заменить его новой порцией чистого атмосферного воздуха. С каждым дыхательным движением в лёгкие кита поступает в 4-5 раз больше кислорода, чем в лёгкие человека.

Кашалот перед длительным погружением делает 60-70 вдохов; можно представить себе, как основательно он «заряжает» свой организм кислородом.

У водных млекопитающих повышена так называемая кислородная ёмкость крови. Известно, что кислород по организму разносит особый, содержащийся в красных кровяных тельцах (эритроцитах) пигмент – гемоглобин. Проходя через лёгкие, гемоглобин присоединяет кислород и в виде оксигемоглобина устремляется по артериям во все уголки организма.

Один грамм гемоглобина крови человека связывает 1,23 кубических сантиметра кислорода, а тюленя – 1,78. К этому надо добавить, что процесс связывания кислорода гемоглобином идёт у ныряющих млекопитающих очень быстро.

Водные млекопитающие отличаются экономным расходованием кислорода во время ныряния.

Так, у обыкновенного тюленя расход кислорода в течение одной минуты после погружения снижался в 15 раз! Эта экономия обеспечивается различными способами.

Замедляется обмен веществ в организме зверя, уменьшается количество вырабатываемого тепла, происходят резкие изменения в кровообращении и характере кровоснабжения различных тканей.

У морского льва, например, уже через 10 секунд после начала ныряния количество сокращений сердца падает от 130-140 до 30-40 в минуту, а у серого кита – со 100 до 10 ударов. Но особенно отличается в этом отношении нутрия.

У неё частота сердцебиений при погружении в воду уменьшается с 216 до 4! Разница колоссальная.

У северного морского слона частота сокращений сердца в конце 40 – минутного ныряния также падала до 4, но исходный уровень у этого вида гораздо ниже, чем у нутрии: 60 ударов в минуту.

Специальные измерения показали, что при нырянии давление крови в магистральных сосудах сохраняется в норме. Зато в малых артериях оно уменьшается до уровня венозного, а иногда и вовсе сходит на нет, то есть пульс перестаёт прощупываться.

Перераспределение кровопотока имеет огромнейшее значение для зверя. В любых условиях его головной мозг нормально омывается кровью, в достатке снабжается кислородом.

Болезненно реагирует головной мозг на недостаток кислорода: 4-5 минут – и в нежных клетках наступают необратимые изменения. «Оживление» организма становится невозможным.

Другие органы могут побыть и на голодной диете, они гораздо выносливее и неприхотливы.

Нервные клетки дыхательного центра животных находятся в передней трети продолговатого мозга. Водные млекопитающие очень чувствительны к концентрации углекислого газа в крови.

Чуть содержание его превышает норму – дыхательный центр даёт «команду» усилить вентиляцию лёгких, увеличить приток кислорода, улучшить вывод углекислоты из крови. И здоровый организм выполняет эти команды, дыхание становится глубоким, нормальный состав газов крови восстанавливается.

Но вот что удивительно – дыхательный центр головного мозга водных млекопитающих чрезвычайно устойчив к повышению концентрации в крови углекислого газа.

Поразмыслив, учёные поняли в чём суть дела: сохранение у этих зверей свойственной для наземных млекопитающих чувствительности к углекислоте могло позволить дыхательному центру сыграть злую шутку со своим хозяином – заставить его усилить «вентиляцию» лёгких в самый неподходящий момент, во время ныряния. Конечно, вдох под водой был бы для зверя последним…

Перераспределение кровяного потока, усиленное питание головного мозга, когда зверь находится под водой, — эти механизмы обнаружены не только у водных млекопитающих – они есть у бобра, ондатры и некоторых других зверей.

Гемоглобин есть не только в крови, но и в форме миоглобина присутствует в мышечной ткани животных. Миоглобин запасает кислород и отдаёт его по мере надобности.

У водных млекопитающих этого пигмента очень много, у дельфинов, например, его столько же, сколько и гемоглобина.

В мышцах сердца и головы дельфинов миоглобина в 4-5 раз больше, чем у кролика или морской свинки, а в спинных и брюшных мышцах – в 15 раз!

Учёные установили, что запас кислорода в организме человека составляет в среднем 2640 миллилитров, из них в лёгких – 900, в крови – 1160, тканевой жидкости – 245, в миоглобине – 335 миллилитров — одна седьмая часть общего запаса. У тюленя же из 5400 миллилитров кислорода миоглобин удерживает свыше 2500, то есть почти половину!

Итак, получить больше свежего воздуха, полнее использовать содержащийся в нём кислород, доставить тканям быстрее, лучше «выгрузить» его, создать резервы воздуха и кислорода при нырянии, экономнее расходовать драгоценный газ в погруженном состоянии, обеспечивать им в первую очередь жизненно важные центры – вот к чему сводятся, в сущности, все сложнейшие морфологические и физиологические приспособления, выработавшиеся у водных млекопитающих в процессе великого обратного пути с суши в воду.

Некоторые водные млекопитающие достигли высокой степени совершенства, другие же обладают менее яркими и полными приспособлениями, но принцип для всех общий. А это для нас главное.

Источник: https://bytrina11.ru/mir-zhivotnyih/kak-vodnye-mlekopitajushhie-dyshat-pod-vodoj.html

Почему тюлени могут долго находиться под водой?

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Подводная среда враждебна к млекопитающим. Без акваланга человек может продержаться под водой не более шести минут, тогда как некоторые тюлени могут погружаться на период до получаса.

Кессонная (декомпрессионная) болезнь (известная как болезнь водолазов), вызывающая потерю сознания на глубине 100 м, отравление кислородом, вызывающее конвульсии, сильная гипоксия, из-за которой темнеет в глазах – все это проблемы, связанные с погружением на большую глубину. Чтобы избежать этих опасностей, тюлени прошли долгое эволюционное развитие и выработали целый ряд совершенных приспособлений.

Многие млекопитающие кормятся в воде или около нее, но только два отряда – китообразные и сирены – приспособлены полностью к водному образу жизни. Тюлени, морские котики и морские львы, принадлежащие к отряду ластоногих, большую часть своей жизни проводит в воде, лишь на короткий срок покидая ее.

Итак, все эти животные хорошо приспособлены к подводной жизни, но, оставаясь воздуходышащими, они вынуждены возвращаться к поверхности воды, чтобы пополнить запас кислорода.

Первым шагом для ныряющих тюленей стало выдыхание большей части воздуха из легких. После погружения под давлением воды легкие сжимаются, и воздух выталкивается в бронхи, а затем выходит через рот и нос.

Этот механизм сжатия легких приводит к тому, что на глубине около 60 м в теле животного не остается свободного газа, что помогает избежать воздушной эмболии – явления, когда пузырьки свободного газа под давлением на большой глубине растворяются в крови, а при поднятии на поверхность вскипают в сосудах ныряльщика.

На первый взгляд, идея сжатия легких – не самая удачная. Но эта способность стала необходимой для тюленей, ныряющих на значительную глубину. Когда легкие сжимаются, длительность погружения зависит от количества кислорода, запасенного в теле.

Ныряя, все млекопитающие нуждается в запасе кислорода, поскольку обмен веществ не прекращается во время погружения. Их кровеносная система хорошо приспособлена к тому, чтобы снабжение мозга кислородом не прекращалось.

Кровь тюленей содержит большое количество красных кровяных телец и много гемоглобина, который связывает кислород и разносит его по всему телу.

Значительную часть кислорода тюлени запасают в мышцах, используя миоглобин (кислородосвязывающий белок).

Другая ключевая адаптация – это ограничение потребляющих кислород тканей путем уменьшения или остановки циркуляции крови в конечностях и органах, не имеющих жизненно важных функций.

Этот эффект достигается путем сжатия кровеносных сосудов и снижения частоты сердечных сокращений. В некоторых случаях сердце во время погружения совершает до 4 ударов в минуту вместо обычных 60-80.

У беременных самок даже сердечный ритм эмбрионов замедляется одновременно с материнским.

Все эти физиологические изменения позволяют млекопитающим совершать экстраординарные погружения. Чемпионами считаются морские слоны, хотя их достижения меркнут перед способностями клюворылов и кашалотов. Самцы морских слонов ныряют в среднем на 30-40 минут, восстанавливая кислородный дефицит за пару минут на поверхности воды.

В море, где они проводят 10 месяцев в году, 90% времени морской слон находится под водой. При необходимости он увеличивает длительность погружения до часа, что позволяет ему ловить рыбу на значительной глубине.

Обычно морские слоны кормятся в 300-600 метрах от поверхности воды, но в случае необходимости они опускаются на глубину около 900 метров.

Ныряя на длительное время, тюлени нуждается в продолжительном отдыхе: 45 минут, проведенные под водой, требуют отдыха в течение часа на поверхности. Однако морские слоны способны совершать несколько погружений подряд, отдыхая на воздухе всего пару минут.

Морским слоном помогает значительная масса, позволяющая снизить метаболические затраты при нырянии в расчете на единицу массы.

Поскольку количество запасаемого кислорода напрямую зависит от массы, у крупных млекопитающих запас больше как в абсолютных величинах, так и относительно к их потребностям.

Но даже самцы морских котиков, чья масса тела сравнима с массой собаки, способны погружаться на глубину свыше 200 метров более чем на 5 минут.

Ученые долго спорили о том, каким образом животные, чья анатомия и физиология столь схожи с таковой у большинства наземных млекопитающих, могут совершать такие длительные погружения. Ныряющие млекопитающие использовали всю пластичность своего строения, позволившую им получить доступ к богатым кормовым ресурсам океана.

Предел их возможностей определяется в основном количеством кислорода, которое можно запасти в теле.

Кроме того, мы знаем, что некоторые животные обладают режимом анаэробного метаболизма, который зависит от окислительно-восстановительных буферных свойств крови и мышц в условиях быстрого накопления молочной кислоты как продукта такого метаболизма.

Морские млекопитающие более устойчивы к высоким концентрациям молочной кислоты, чем люди.

Анаэробный метаболизм в 18 раз мене эффективен, чем аэробный, и обычно требует длительного восстановительного периода, так что может быть использован только в крайнем случае.

С другой стороны, он необходим, чтобы обеспечить ныряльщику доступ к богатым пищевым ресурсом, что уравновешивает относительно высокую энергетическую ценность процесса погружения в толщу воды.

Источник: https://www.krasnouhie.ru/pochemu-tyuleni-mogut-dolgo-naxoditsya-pod-vodoj.html

Морские млекопитающие, или фридайверы мирового океана

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Мир животных удивителен и каждый представитель фауны является уникальным созданием с рядом индивидуальных особенностей. В этой статье узнаем какие морские млекопитающие лучшие фридайверы, на сколько погружается кит и при чем тут белый мишка?

Все мы знаем с детства, что киты и дельфины живут в воде, но при этом для дыхания им необходимо всплывать на поверхность для того, чтобы вдохнуть. Фактически, процесс дыхания схож с человеческим.

Тогда как эти представители млекопитающих проводят столько времени под водой? Как ведут охоту и прячутся от опасностей? Почему синий кит способен «уходить» на глубину, и как тюлени прячутся от белых медведей под толщей воды на протяжении нескольких десятков минут? На все эти вопросы ученые давно нашли ответы. 

Как морские млекопитающие задерживают дыхание на такое долгое время?

Способы задерживать дыхание на большой отрезок времени у различных представителей животных разнятся. К примеру, белый медведь не обладает специальным внутренним «устройством» или особой техникой, т.к. глубина и время задержки дыхания у мишки невелики. Для него большую роль играет полая шерсть и толстый подкожный слой жира, которые позволяют не замерзать и быстро сохнуть.

Человек для погружения на глубину использует лишь тренировки, развивающие природные способности. Не зря человек относится к классу млекопитающих – нас с китами и дельфинами многое роднит. Именно нырятельный рефлекс млекопитающего помогает человеку справиться с экстремальными условиями погружения в глубину. 

Более сложно происходит процесс у представителей ластоногих и китообразных. Эти морские млекопитающие имеют специальные механизмы, позволяющие им нырять глубже и задерживать дыхание дольше.

Их организм подстроен под длительные задержки дыхания и увеличенный показатель давления на большой глубине.

Киты на глубине до 1500-3000 м должны быть расплющены, но природа продумала все мелочи, чтобы этого не произошло.

Не дышать на глубине киты и тюлени могут благодаря нескольким факторам:

  • Замедление жизненных процессов для экономии кислорода в организме (замедление работы органов пищеварения, почек, сердцебиение значительно сокращается до нескольких раз в минуту).
  • Повышенное содержание гемоглобина, для транспортировки кислорода.
  • Способность «хранить», а после  «брать» кислород из крови и мышц. Для пребывания под водой кислород «добывается» из крови (ее концентрация в теле в 3-4 раза больше, чем у человека) и внутренних органов. 
  • Легкие с сильно развитой мускулатурой позволяют за один вдох обновлять до 90% содержимого (человек способен при нормальном дыхании обновлять лишь 15%).

Эти и многие факторы влияют на способность млекопитающих, в том числе и китов, плавать на глубине без внешнего дыхания. 

На какие глубины ныряют представители млекопитающих?

Белый медведь

Помните, как в детстве нам мама пела про медвежонка Умку, дрейфующего на льдине? Так вот, медведи действительно любят льдины и плавание в холодных водах северных морей.

Ошибочно считать, что белые медведи – сухопутные животные. Большая часть их жизни проходит в воде.

На большую глубину они не уходят, но на 3-5 метрах вполне могут продержаться и добыть пищу, задержка дыхания на 2-5 минут нормальна для этого представителя животных.

Дюгонь, или морская корова

Милейшее млекопитающее. Необычна форма головы, возникает ощущение, будто дюгонь всегда улыбается. Расположена к общению с людьми, не проявляет к ним агрессии. Обитает на глубине до 20 м, обходится без воздуха в течение 10-15 минут.

Синий кит, южный кит, серый кит.

Эти представители истинных гигантов среди морских млекопитающих обитают на небольшой глубине. Казалось бы, при таких габаритах (синий кит вырастает до  30 м), плавуны обязаны прятаться на большой глубине.

Но по большей части обитают синие киты на расстоянии до 100 м от поверхности, а серых легко заметить на 60 м под водой. Самые мелководные южные киты, им достаточно и 20-30 м, чтобы чувствовать себя комфортно.

Способны задерживать дыхание до 20-30 минут. 

Человек

Да, мы также относимся к млекопитающим и способны задерживать дыхание, опускаясь на глубину. Так почему бы не включить нас в этот список? Тем более что профессиональные фридайверы ничуть не уступают многим животным.

В среднем, люди способны задерживать дыхание на 2-3 минуты, погружаясь на глубину до 15 м, а потренировавшись несложно достичь глубин 30-50м. Рекорд задержки дыхания сегодня составляет более 11 минут! А в 2018 году был поставлен рекорд Алексеем Молчановым по глубине.

Российский фридайвер смог достигнуть отметки в 130 метров! И возможно, что уже в следующем году он побьет свой показатель, установив очередную рекордную глубину, покоренную человеком на одном вздохе. 

Моржи

Несмотря на всю свою мощь (2 м длины и 1500 кг веса) и наличие бивней моржи – достаточно неконфликтные животные. Селятся большим стадом, а чтобы спастись от белых медведей, для которых они настоящее лакомство, выставляют на лежбищах часовых. Для укрытия от белых охотников ныряют на глубину до 80 м и задерживают дыхание на 40 минут. 

Гренландский кит

Удивительное и уникальное морское млекопитающее. Продолжительность жизни кита может достигать 200 лет, а брачные песни ни разу не повторяются за всю жизнь. Настоящие музыканты в мире животных. Обитает на глубине до 200-300 метров, обходится без воздуха в течение 40 минут. 

Морской лев и морской котик

Два схожих вида. Отличия незначительны в строении тела и внешнем виде. Львы более стройные и имеют более густую шерсть на шее в виде гривы, за что и получили свое название. Не стоит думать, что львы и котики, неуклюжие создания. Попадая в воду, они становятся грациозными и изящными.  Эти представители млекопитающих ныряют на глубину до 200 м, задерживая дыхание до 25 минут.

https://www.youtube.com/watch?v=JzobWb3bUj4

Морские млекопитающие – большая группа созданий, населяющих нашу планету. Все млекопитающие, про которых мы хотели рассказать не помещаются в одну статью. Во второй части этой статьи мы расскажем про самых глубоких наших соседей по морской бездне.

Источник: https://orcaschool.ru/morskie-mlekopitayushhie/

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Способность задерживать дыхание под водой на длительное время является уникальным морским достижением подводных млекопитающих, которое развивалось в течение миллионов лет. Подводные млекопитающие во время погружения, остановив дыхание, замедляют частоту сердечных сокращений и смещают кровоток от конечностей к мозгу, сердцу и мышцам.

Но чемпионы по подводному плаванию, такие как морские слоны, могут задерживать дыхание в течение примерно двух часов.

«Было известно, что во время погружения они полагаются на внутренние запасы кислорода», — сообщил Майкл Беренбринк, зоолог из Ливерпульского университета (Англия), который специализируется на функциях животных.

Но в организмах этих животных происходит что-то еще, о чем исследователи не догадывались до сих пор.

Итак, что нового? В исследовании, опубликованном 13 июня в журнале Science (Наука) сообщается, что подводные млекопитающие, включая китов, тюленей, выдр, даже бобров и ондатр, положительно заряжают в мускулатуре кислород-связывающие белки, называемых миоглобином (мышечным гемоглобином).

Эта положительная характеристика позволяет животным сохранять намного больше мышечного гемоглобина в своём теле, чем у других млекопитающих, таких как человек, и дает возможность погружаться млекопитающим, удерживая больший запас кислорода, который можно потреблять, находясь под водой.

Почему это так важно? Объединение очень большого количества белков вместе может иметь последствия, объяснил Беренбринк, соавтор исследования, потому что они образуют комок, находясь слишком близко друг от друга. «Это может вызвать серьезные заболевания», добавил он. У человека могут быть такие заболевания, как диабет и болезнь Альцгеймера.

Но миоглобина в десять раз больше концентрируется в мышцах подводных млекопитающих, чем в мышцах человека, сообщил Беренбринк. Так как заряды отталкиваются друг друга, то это все равно, что думать о попытке соединить стороны двух магнитов с одинаковым зарядом, соответственно положительно заряженный миоглобин удерживает белки от прилипания друг к другу.

Что это значит? Беренбринк и его коллеги обнаружили эти положительные заряды в мышечным гемоглобине у всех исследованных морских млекопитающих, хотя у некоторых положительные заряды были сильнее, чем у других.

Это исследование дает хороший пример конвергентной эволюции, где разные виды, живущие в аналогичных условиях, развиваются по одной и той же схеме, исходя из общей проблемы, написал биолог Рэндалл Дэвис, изучающий физиологию и поведение морских птиц и млекопитающих в Техасском университете в Галвестоне.

«Это проливает свет на происхождение миоглобина и его роль в продлении задержки дыхания у подводных млекопитающих», сказал Дэвис, который не принимал участия в исследовании.

«Здесь возникают некоторые противоречия, но в то же время я думаю, что это будет стимулировать дополнительные исследования, которым я был бы очень рад», сказал Джерри Кооймен, физиолог животных Океанографического института имени Скриппса в Сан-Диего, который также не принимал участия в исследовании.

Что дальше? Беренбринк собирается исследовать миоглобин в организме людей, общество которых связано с постоянным и длительным погружением под воду, чтобы увидеть, если ли аналогичные изменения в их кислород-связывающем белке. «В мире есть этнические группы населения, которые стали заниматься подводным плаванием, чтобы получать пищу. Некоторые из этих людей могут оставаться под водой в течение очень долгого времени», сказал он.

Обычный человек без тренировки как правило может без труда задержать дыхание на сорок шестьдесят секунд, затем начиная ощущать нехватку воздуха, выдыхает воздух из легких, что бы сделать вздох. Но не все знают что в выдыхаемом им воздухе кислорода остается столько, что хватило бы еще на две или три задержки на такое же время.

Ощущения нехватки воздуха возникает не из-за отсутствия кислорода, а из-за увеличения количества углекислого газа, который является продуктом жизнедеятельности человеческого организма.

Поэтому при определенной тренировке, когда человек научиться усилием воли не обращать внимание на первые симптомы нехватки воздуха, он может значительно увеличить длительность задержки воздуха.

Животные ныряльщики как правило имеют очень большой жизненный объем легких, и эволюционно адаптировались использовать его в полном объеме на одно погружение.

Плюс при погружении у них замедляется пульс, а значит и потребление кислорода, и сжимается печень, тем самым увеличивает в крови количество красных кровяных телец, которые собственно и являются переносчиком кислорода по крови, тем самым значительно улучшается снабжение клеток кислородом. Например кит может увеличить количество кровяных телец в своей крови на 65%.

Морские львы относятся к ластоногим семейства ушастых тюленей. Различаются пять видов морских львов, относящихся к разным родам. Сивуч и калифорнийский морской лев — жители северного полушария, обитают в прибрежных областях Тихого океана от Калифорнии до Мексики, в районе Галапагосских островов, а также в Японском море. Три вида морских львов живут в антарктических областях.

Наиболее изучен вид калифорнийского морского льва, Zalophus californianus. Взрослые самцы достигают веса одной тонны и более при длине тела от 2 до 3 метров. Самки редко превышают в длину 1,5 метра.

Окраска меха морских львов обычно темно-коричневая, после выхода из воды кажется почти черной.

От морских котиков львы отличаются составом меха: густой мягкий подшерсток у них отсутствует — шерсть морского льва состоит только из жесткой ости.

Как и котики, морские львы проводят брачный сезон на суше, предпочитая выращивать потомство на скалистых берегах островов. На лежбищах этих животных, как и у остальных ушастых тюленей, образуются гаремы. Состоят они из одного самца и нескольких самок, число которых чаще всего составляет 15 — 20 особей.

Животные, которые в этом году не участвуют в размножении, выбирают отдельное место на лежбище. Период выведения потомства длится около 3 — 4 месяцев и приходится, в зависимости от места обитания, на конец весны — начало осени. Беременность самки длится около года, поэтому после произведения на свет детеныша в течение этого же брачного периода она оплодотворяется снова.

У самки рождается только один детеныш, который в первые месяцы жизни имеет золотистую окраску.

После того, как детеныши подрастают, у морских львов происходит сезонная линька. Дождавшись ее окончания, животные покидают берег и отправляются в море, где живут до следующего брачного периода.

Нет сведений о том, чтобы морские львы совершали длительные миграции. Основное время они держатся в пределах 10 — 15 км от берегов недалеко от мест лежбищ.

Рацион питания морских львов состоит из рыбы и головоногих моллюсков.

В настоящее время морские львы находятся под охраной, так как численность их популяций сокращается.

Морские львы, подобно китам, дельфинам и многим другим морским млекопитающим, умеют дышать в воде, однако используют для дыхания не жабры, как рыбы, а легкие.

Сделав вдох на суше или на поверхности моря с помощью небольших отверстий, похожих на ноздри, морские львы ныряют в глубину и остаются там до тех пор, пока в легких не кончается воздух — приблизительно полчаса. Кстати, не только легкие участвуют в дыхании морских млекопитающих: кислород запасается в крови и мышцах. В ноздри вода не попадает, т.к.

они при погружении в воду закрываются специальными «заслонками». Когда воздух в организме морских львов заканчивается, они всплывают, вдыхают новую его порцию и снова погружается в пучину.

Источник: https://serdce-moe.ru/zabolevaniya/aritmiya/kogda-morskie-mlekopitayushhie-dolgo-nahodyatsya-pod-vodoj-bienie-serdtsa

Морские млекопитающие: назад в океан!

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Все живые существа имеют происхождение, связанное с водной средой. На протяжении эволюционной истории млекопитающие изменялись и адаптировались к условиям на поверхности Земли. Это происходило до тех пор, пока несколько миллионов лет назад некоторые из этих животных не вернулись, чтобы погрузиться в моря и океаны, адаптируясь к жизни в этих специфических условиях.

Морские львы играют под водой. http://komotoz.ru/

Жизнь морских млекопитающих сильно отличается от жизни наземных млекопитающих. Чтобы выжить в этой среде, эти животные приобрели особые характеристики в процессе эволюции.

Вода гораздо плотнее воздуха и, кроме того, оказывает большее сопротивление.

Это означает, что водные млекопитающие развили чрезвычайно аэродинамические (вернее – гидродинамические) тела, которые позволяют им легко передвигаться.

Развитие плавников, аналогичных плавникам рыб, было преимущественно морфологическим изменением. Оно позволяет этим животным увеличивать скорость, плавать и общаться.

Северный малый полосатик (кит минке). http://1.bp.blogspot.com

Вода – это среда, которая поглощает гораздо больше тепла, чем воздух, поэтому водные млекопитающие имеют толстый слой жира под упругой и прочной кожей.

Кроме того, жир служит для сохранения тепла тех морских млекопитающих, которые живут в особенно холодных областях.

Некоторые морские млекопитающие больше соприкасаются с воздушной средой, потому что некоторые жизненно важные функции, например, размножение, заставляют их покидать воду.

Те морские млекопитающие, которые в определенные периоды своей жизни обитают на больших глубинах, развили другие органы, которые дают им возможность жить в темноте.

Такие способности включают недоступные человеку чувства, такие как гидро- и эхолокация.

Однако некоторые чувства, такие как зрение, бесполезны в этих условиях, потому что солнечный свет не достигает такой глубины.

Как и у всех млекопитающих, у этих водных животных есть молочные железы, которые производят молоко для их потомства, также они вынашивают потомство внутри своего тела.

Как дышат морские млекопитающие?

Водным млекопитающим нужен воздух, чтобы дышать. Поэтому они вдыхают большое количество воздуха и задерживают его в легких на долгие периоды времени. После погружения в воду они могут перенаправить кровь в мозг, сердце и скелетные мышцы. В их мышцах высокая концентрация белка, называемого миоглобином, который может накапливать большое количество кислорода.

https://www.nefsc.noaa.gov

Таким образом, водные животные могут оставаться под водой в течение значительных периодов времени, не вдыхая воздух. Молодым и новорожденным морским млекопитающим требуется время, чтобы развить эту способность, поэтому им нужно дышать чаще, чем взрослым особям.

Типы водных млекопитающих

Большинство видов водных млекопитающих обитает в морской среде. Существует три категории водных млекопитающих, к которым относятся: отряды китообразных, плотоядных (хищных) и сирен.

Китообразные

Наиболее представительными видами в отряде китообразных являются: киты, дельфины, кашалоты, косатки и морские свиньи. Более 50 миллионов лет назад китообразные произошли от копытных наземных хищников. Отряд китообразных делится на три подотряда (один из них вымер):

Археоцеты (Archaeoceti): наземные четвероногие животные, вымершие предшественники современных китообразных.

Усатые киты (Mysticeti). Это плотоядные животные без зубов, которые для питания поглощают большие объемы воды. Затем они фильтруют их через свои усы (систему фильтрации) и проглатывают пойманную добычу.

Зубатые киты (Odontoceti): включают в себя дельфинов, косаток, кашалотов и клюворылых китов. Эта группа очень разнообразна, ее главная особенность состоит в том, что у них всех есть зубы. В этот подотряд входит надсемейство речных дельфинов.

Косатка. https://ds04.infourok.ru

Хищные

В подотряд хищных ученые включают: ластоногих (тюленей, морских львов и моржей), морских выдр и белых медведей. Группа ластоногих животных появилась около 15 миллионов лет назад и считается, что она тесно связаны с куньими и медвежьими.

Морской котик. http://ocean-media.su

Сирены

Последний подотряд, сирены, включает дюгоней и ламантинов. Эти животные произошли от клады тетериев – животных, очень похожих на слонов, появившихся около 66 миллионов лет назад. Дюгони населяют Австралию, Красное море и Индийский океан; ламантины – Африку и Америку.

Ламантин. https://2.bp.blogspot.com

Здесь можно прочитать об истории китообразных.

Читайте о других морских существах:

Гений камуфляжа: морской тряпичник |Рыба-ящерица: самый глубоководный хищник |Гигантский кальмар: 8 невероятных фактов |Головоногие чудовища – монстры в глубине |Океанские впадины – есть ли жизнь под давлением 1000 атмосфер? |Зубастые властелины океанов |10 удивительных фактов об осьминогах

Спасибо, что Вы с нами! Если Вам понравилось, жмите “лайк” и подписывайтесь на наш канал. Дальше будет ещё интереснее!

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5b6ac26828eb1300ac9ab5a5/5c744e4b836cde00b565e803

Аэробные способности млекопитающих при погружениях

Когда морские млекопитающие долго находятся под водой биение сердца

Аэробные способности млекопитающих при погружениях

Млекопитающие, живущие в воде, не обладают более существенным отношением объёма лёгких к размеру тела, чем млекопитающие, которые живут на суше, однако они могут погружаться под воду на длительное время, задерживая дыхание, поскольку выработали альтернативные механизмы увеличения количества вдыхаемого кислорода. В данной статье рассматриваются некоторые из этих механизмов.

В отличие от своих сухопутных собратьев, способных совершать погружения, тюлени, морские львы и киты погружаются на задержке дыхания из практических соображений — например, для поиска пищи или спасения от хищников. Как и в случае с животными, обитающими на суше, эти погружения сопровождаются физиологическими изменениями, требующими определённой адаптации.

Масштабы такой адаптации выражены сильнее, чем даже те, которые наблюдаются у самых выдающихся фридайверов из числа людей. Эта способность к повышенной адаптации даёт частичное объяснение глубины и продолжительности погружений, выполняемых такими млекопитающими.

Например, существующий рекорд в дисциплине «без ограничений», составляющий 163 метра, — это относительно небольшая глубина по сравнению с глубинами, на которые опускаются бутылконосы. Использование средств, фиксирующих время и глубину погружения, а также акустических приёмопередатчиков позволило отследить погружение этих китов на глубину до 1450 метров.

Для сравнения, северный морской слон погружается на глубину до 1500 метров, хотя следует отметить, что погружение на такие глубины не является нормой для этих животных.

Возможно, самым эффективным физиологическим «снаряжением» обладает новозеландский морской лев — млекопитающее, способное совершать более длительные погружения, чем любой другой вид, обычно опускаясь до 120-метровой глубины (наибольшая зафиксированная глубина составила 474 метра) и легко оставаясь на такой глубине в течение пяти минут.

Хотя такая глубина и продолжительность погружений доступна и другим морским млекопитающим, этих животных выделяет среди других манера их погружений, поскольку они ныряют под воду практически беспрерывно.

Для фридайверов интерес представляет тот факт, что почти половина погружений, выполняемых этим морским львом, превышает его теоретический аэробный порог ныряния (АПН, см. ниже).

Вычисление аэробного порога ныряния

В теории, если фридайвер начинает погружение с полным объёмом лёгких (ПОЛ), максимальную теоретическую глубину можно рассчитать по отношению ПОЛ к остаточному объёму лёгких (ООЛ).

На основе этих расчётов можно предсказать максимальную «теоретическую глубину» или «точку прекращения погружения», которой может достичь Пипин Феррерас (Pipin Ferreras) — дайвер, ПОЛ которого равен 9,6 л, а ООЛ составляет 2,2 л.

Применив закон Бойля-Мариотта, можно установить, что безопасный порог компрессии для Феррераса составляет около 4,4 атмосферы (при абсолютном давлении), что соответствует глубине в 34 метра.

К счастью, в спортивном фридайвинге спортсмены обращают мало внимания на законы физики, поэтому Феррерас совершил погружение на 128 метров глубже его теоретической максимальной глубины. Очевидно, что существуют механизмы погружений, позволяющие фридайверам и тюленям обходить эти законы.

Для фридайверов, желающих вычислить свой теоретический порог глубины, есть следующая формула (только для практического применения).

Оценка остаточного объёма (ООЛ) лёгких в зависимости от возраста, роста и массы тела.

Во фридайвинге ООЛ влияет на глубину, которой может достичь фридайвер, не испытывая проблем, связанных со «сдавливанием груди». Обычно отношение ПОЛ к ООЛ на поверхности определяет максимальную глубину погружения, при которой спортсмен не будет испытывать сдавливание грудной клетки. Одни из способов установить свой ООЛ — это выполнить следующие вычисления.

Уравнения для вычисления ООЛ

Переменные: возраст (лет), рост (см), вес (кг). Нормальный вес – мужчины: ООЛ (л) = (0,022 x Возраст) + (0,0198 x Рост) – (0,015 x Вес) – 1,54 Нормальный вес – женщины:

ООЛ (л) = (0,007 x Возраст) + (0,0268 x Рост) – 3,42

Механизмы, при помощи которых «животные-дайверы» разрешают противоречие между потребностью в энергии во время погружения и сохранением ограниченных запасов кислорода, сходны с теми, с которыми сталкиваются фридайверы, живущие на суше, и до конца не изучены. Однако в распоряжении наших морских собратьев совершенно точно есть некоторые физиологические преимущества.

Например, максимальное время погружения тюленя не определяется только его способностью сохранять кислород, поскольку тюлени могут действовать в анаэробном режиме. Однако аэробный обмен веществ предпочтительнее анаэробного, поскольку он значительно эффективнее.

Снижение интенсивности обмена веществ позволяет тюленям увеличить количество времени, в течение которого они поддерживают аэробное дыхание во время погружения, поскольку это позволяет экономнее расходовать запасы кислорода.

Кроме того, посредством выборочной перфузии тканей тюлени способны увеличивать продолжительность сохранения запасов кислорода. Момент, в который тюленю или другому животному, совершающему погружения, нужно вынырнуть и вдохнуть кислород или переключиться на анаэробное дыхание, называется АПН.

Уровень солей молочной кислоты в крови начинает повышаться сверх значений состояния покоя после достижения АПН и приводит к возникновению чувства жжения в мышцах.

Так как же тюлени действуют в анаэробном режиме? В отличие от тканей человека, ткани тюленей значительно легче переносят три фактора асфиксии: недостаток кислорода, высокий уровень двуокиси углерода и низкий уровень pH.

Недостаток кислорода вызывается его потреблением при аэробном дыхании, двуокись углерода — это отходы жизнедеятельности мышц, а низкий уровень pH — это результат выделения молочной кислоты при анаэробном дыхании.

Способность легко переносить эти три фактора позволяет тюленю действовать в анаэробном режиме после исчерпания запасов кислорода.

Длительные погружения обычно вынуждают тюленей превышать АПН и прибегать к анаэробному дыханию. Экспериментально это было установлено путём забора крови: увеличение уровня солей молочной кислоты в крови свидетельствовало о том, что тюлень использовал анаэробное дыхание.

Тюлени используют разные способы ныряния, чтобы избавиться от остатков молочной кислоты, которая скапливается при анаэробном погружении. Например, время восстановления после погружения у тюленей Уэддела различается в зависимости от продолжительности времени, проведённого под водой.

После нескольких длительных (около 20 минут каждое) погружений эти тюлени выполняют серию коротких аэробных ныряний, что позволяет постепенно удалить из крови накопившиеся соли молочной кислоты.

Ещё одна стратегия, применяемая тюленями, морскими львами и китами при запасании кислорода, — это достижение энергетической эффективности.

Как можно ожидать, глубина погружения и, соответственно, пройденное расстояние влияют на количество времени, остающееся для плавного скольжения, которое является основным способом сохранения кислорода, применяемым морскими млекопитающими.

Количество времени, затраченного на плавное скольжение во время погружения, значительно и нелинейно увеличивается с глубиной погружения и выражается в существенной экономии энергии с точки зрения использования кислорода.

Ещё один механизм, используемый тюленями, — это способ хранения ими кислорода. Тюлени не используют для хранения кислорода свои лёгкие. Как видно на графике, во время погружения в лёгких тюленя находится значительно меньше кислорода, чем в лёгких человека. При погружении тюлень не может хранить кислород в лёгких из-за серьёзного риска возникновения декомпрессионной болезни при всплытии.

График: Расположение запасов кислорода

Фиолетовый — тюлень, сиреневый — человек.

Так как же тюлень запасает кислород? Ответ находится в крови и тканях.

Кровь тюленя обладает лучшей способностью переносить кислород, чем кровь человека, отчасти благодаря большему объёму крови у тюленей, а частично из-за более высокого гематокрита (концентрации гемоглобина). Поскольку в теле тюленя больше крови, у него больше и красных кровяных телец (эритроцитов).

Большее количество эритроцитов приводит к более высокому содержанию гемоглобина — кровяного пигмента, который содержится в эритроцитах и переносит кислород.

Однако эритроциты тюленя отличаются меньшим содержанием воды, чем эритроциты сухопутных млекопитающих, поэтому даже на клеточном уровне это животное создано для запасания большего количества кислорода — этим объясняется его более высокий гематокрит.

Конечно, содержание эритроцитов в крови ограничено, поскольку, как мы знаем, если их слишком много, то кровь становится слишком густой для нормальной работы сердца. Однако морские млекопитающие обходят это ограничение, прибегая к дополнительным методам хранения кислорода для последующего использования.

Один из таких способов — это использование миоглобина, то есть соединения, которое содержится в мышцах и связывает кислород. На самом деле миоглобин имеет столь высокую концентрацию в мышцах тюленя, что под микроскопом он почти чёрного цвета! У людей также есть миоглобин, но, к сожалению для фридайверов, его способность хранить кислород намного меньше, чем у тюленей.

миоглобина у морских млекопитающих

Вид / Миоглобин (г/100 г) Северный морской котик – 3,5 Кашалот – 5,0 Тюлень Уэддела – 5,4

Полосатый тюлень – 8,1

Помимо всего прочего, морские млекопитающие способны хранить кислород в тех тканях тела, в которых не может человек, что даёт им возможность хранить больше кислорода. Особенно это касается селезёнки. Механизм хранения кислорода в селезёнке схож с тем, который использует человек, однако кислородная вместимость селезёнки морских млекопитающих значительно больше, чем у человека.

deeperblue.com

Источник: http://anywater.ru/pubs/aerobic-capacities-of-freediving-mammals/

КрепкоеЗдоровье
Добавить комментарий