Как морские млекопитающие контролируют плавучесть?

Предположительно, когда кит или тюлень ныряет, его легкие сжимаются из-за возрастающего давления воды, и он становится менее плавучим.

Согласно этой модели, для данного количества воздуха, всасываемого с поверхности, животное имеет вполне конкретную глубину D, на которой оно обладает нейтральной плавучестью. Чуть глубже легкие сжимаются, создавая отрицательную плавучесть. Любой мельче, и легкие расширяются, делая его положительно плавучим.

Другими словами, пока оно не достигнет глубины D, животное обладает положительной плавучестью. Чтобы добраться до глубины D, животному пришлось бы проделать большую работу, плывя вниз, борясь с собственной плавучестью.

Количество воздуха, которое удерживает вас на нейтральной плавучести на высоте 10 метров, увеличится в два раза, как только вы всплывете, удерживая вас там. Как аквалангист могу сказать, что нырнуть обратно на 10 метров потребовало бы большого труда. (Мы сдуваем наши жилеты на поверхности и снова надуваем их на глубине из наших несжимаемых баллонов, чего нет у животных.)

Для очень глубоководных ныряльщиков, таких как кашалоты, плавание против положительной плавучести кажется огромной тратой энергии, которую, как можно было бы ожидать, эволюция долго не выдержит.

Так делают ли морские млекопитающие что-нибудь, чтобы компенсировать влияние колебаний размера легких на их плавучесть? Одно из предположений состоит в том, что они на самом деле полностью выдыхают перед погружением, поэтому плавучесть легких играет небольшую роль в общей плавучести тела. Другое предположение состоит в том, что они сжимают воздух грудными мышцами на поверхности, чтобы утонуть. Это всего лишь догадки; Я хотел бы услышать реальную историю.

Наутилус относится к моллюскам... этот вопрос о млекопитающих... совершенно другое. механизм ... так что не может быть связано ..
@souvikbhattacharya Я написал связанный (не повторяющийся), как в связанной теме, а не таксон.

Ответы (2)

Насколько я могу судить, морские млекопитающие не могут динамически контролировать плавучесть во время погружения . Они облегчают начало погружения, начиная с небольшого объема легких, чтобы уменьшить плавучесть.

Ластоногие, как и тюлени, делают это, выдыхая половину своего дыхания перед нырянием .

Глубоководные киты на самом деле вдыхают перед погружением , но их легкие изначально малы по сравнению с размером тела . Это делает их поверхностную плавучесть достаточно слабой, чтобы плыть по ней без особых трудностей (в отличие от людей).

Когда они ныряют, их легкие быстро сжимаются с глубиной:

V = Vs / (1 + D/10)

Vобъем легких, объем Vsлегких на поверхности и Dглубина в метрах.

На 90 м легкие уже имеют 10% исходного объема. Довольно скоро они уменьшились настолько, что их влияние на плавучесть стало незначительным по сравнению с плотностью несжимаемых тканей. Предположительно, они имеют близкую к нейтральной плавучесть (хотя тот факт, что мертвые киты тонут, предполагает, что они обладают слегка отрицательной плавучестью).

Спасибо @souvik-bhattacharya за ссылку на ucsc.edu.

введите описание изображения здесь

Этот сценарий называется нейтральной плавучестью, и это то, что есть у морских млекопитающих, поэтому им не требуется энергия, чтобы оставаться в воде, и им не особенно трудно подниматься или опускаться, когда они хотят.

Представьте себе животное, такое же плотное, как камень, пытающееся подплыть за воздухом, или животное с низкой плотностью, такое как воздушный шар, пытающееся нырнуть вниз, чтобы найти пищу; для противодействия этой результирующей силе плавучести-веса (вверх или вниз) потребовалось бы гораздо больше энергии, чем если бы эта результирующая сила плавучести-веса была равна нулю. Таким образом, имея нейтральную плавучесть, морские млекопитающие экономят энергию.

И как они добиваются нейтральной плавучести?

В их телах больше жира (жир менее плотный, чем вода). Также помогает то, что соленая вода немного более плотная, чем чистая вода, поэтому выталкивающая сила немного сильнее.

Так что... как вы и предсказывали... нейтральная плавучесть им помогает, но не за счет вдыхания определенного количества воздуха... а можно сказать, что это их неотъемлемое свойство...

Нейтральная плавучесть не является «неотъемлемым свойством» любого мягкого тела, содержащего сжимаемую жидкость (воздух).
@SuperElectric, я имел в виду, что им не нужна помощь какого-либо внешнего компонента, такого как воздух, для поддержания их нейтральной плавучести .... также, если я перейду к техническим деталям ... во время погружения тело млекопитающего практически становится несжимаемы. Воздушные полости, выстланные венозными сплетениями, заполняются на глубине вместе с легкими, облитерируя тем самым воздушное пространство.
Легкие с объемом Vs на поверхности будут иметь объем V = Vs/(0,1 D) на глубине, где D — глубина в метрах. Сила плавучести B пропорциональна V. Следовательно, плавучесть становится менее чувствительной к глубине, чем глубже вы погружаетесь (lim D->inf dB/dD = 0). Так что для рабочей глубины, скажем, кашалотов это может не иметь большого значения... но только после того, как они достигнут этой глубины. Если они захотят достичь нейтральной плавучести на глубине 1000 метров, они будут чрезвычайно плавучими на глубине 0 метров, что сделает плыть на такую ​​глубину довольно утомительным занятием. Это похоже на расточительное аэробное упражнение.
Одним из обходных путей было бы максимально выдохнуть перед погружением, так что объем легких V с самого начала является небольшим компонентом общей плавучести тела. Это означает полагаться только на запасы кислорода, растворенного в крови, которая не сжимается. Это только одно предположение, и я был бы признателен за более экспертное мнение.
Ваша догадка верна, и для получения мнения экспертов просмотрите эту исследовательскую статью Калифорнийского университета... bio.classes.ucsc.edu/bio131/Thometz%20Website/… ........ надеюсь, это поможет...
Кажется, единственный соответствующий отрывок звучит так: «Китообразные, кажется, ныряют на вдохе, тогда как ластоногие обычно ныряют на выдохе», что на самом деле не отвечает на вопрос, как киты могут нырять с легкими, полными воздуха.
Ок, разобрался. Начнем с того, что лёгкие кита маленькие: Catalstudent.org.uk/dl/… Спасибо за ссылку; будет использовать его в ответе.
Как морские млекопитающие контролируют плавучесть?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v