Wie kontrollieren Meeressäuger den Auftrieb?

Vermutlich werden beim Tauchen eines Wals oder einer Robbe seine Lungen durch den zunehmenden Wasserdruck zusammengedrückt und er verliert an Auftrieb.

Bei diesem Modell hat das Tier für eine bestimmte Luftmenge, die an der Oberfläche aufgenommen wird, eine ganz bestimmte Tiefe D, bei der es neutral schwimmt. Je tiefer, desto kleiner wird die Lunge, was zu einem negativen Auftrieb führt. Je flacher, und die Lunge dehnt sich aus und macht es positiv schwimmfähig.

Mit anderen Worten, bis es die Tiefe D erreicht, hat das Tier einen positiven Auftrieb. Um die Tiefe D zu erreichen, müsste das Tier eine Menge Arbeit leisten, indem es nach unten schwimmt und gegen seine eigene Schwimmfähigkeit ankämpft.

Die Luftmenge, die Sie in 10 Metern neutral schwimmt, wird auf das doppelte Volumen aufgeblasen, sobald Sie auftauchen, und Sie dort festhalten. Als Sporttaucher kann ich sagen, dass es viel Arbeit kosten würde, wieder auf 10 Meter hinunterzutauchen. (Wir entleeren unsere Luftwesten an der Oberfläche und blasen sie in der Tiefe aus unseren nicht komprimierbaren Tanks wieder auf, etwas, das Tiere nicht haben.)

Für sehr tiefe Taucher wie Pottwale scheint das Herunterschwimmen gegen positiven Auftrieb eine riesige Energieverschwendung zu sein, von der Art, von der man erwarten könnte, dass sie von der Evolution nicht lange toleriert wird.

Tun Meeressäuger also irgendetwas, um den Effekt der schwankenden Lungengröße auf ihren Auftrieb auszugleichen? Eine Vermutung ist, dass sie vor dem Tauchen tatsächlich vollständig ausatmen, wodurch der Lungenauftrieb zu einem kleinen Faktor im gesamten Körperauftrieb wird. Eine andere Vermutung ist, dass sie die Luft mit ihren Brustmuskeln an der Oberfläche komprimieren, um zu sinken. Dies sind nur Vermutungen; Ich würde gerne die wahre Geschichte hören.

Nautilus fällt unter Mollusken....dieses Q handelt von Säugetieren...völlig anders. Mechanismus ... kann also nicht zusammenhängen ...
@souvikbhattacharya Ich habe verwandt (nicht doppelt) wie in verwandtem Thema geschrieben, nicht Taxon.

Antworten (2)

Soweit ich das beurteilen kann, können Meeressäuger den Auftrieb während eines Tauchgangs nicht dynamisch steuern . Sie erleichtern den Beginn des Tauchgangs, indem sie mit einem kleinen Lungenvolumen beginnen, um den Auftrieb zu reduzieren.

Flossenfüßer wie Robben tun dies, indem sie vor dem Tauchen die Hälfte ihres Atems ausatmen .

Tieftauchende Wale atmen tatsächlich vor dem Tauchen ein, aber ihre Lungen sind im Verhältnis zur Körpergröße zunächst klein. Dies macht ihren Oberflächenauftrieb schwach genug, um ohne große Schwierigkeiten (im Gegensatz zu Menschen) anzuschwimmen.

Während sie tauchen, komprimieren sich ihre Lungen schnell mit der Tiefe:

V = Vs / (1 + D/10)

Vdas Lungenvolumen, Vsdas Lungenvolumen an der Oberfläche und Ddie Tiefe in Metern ist.

Bei 90 m hat die Lunge bereits 10 % des ursprünglichen Volumens. Ziemlich bald sind sie so weit geschrumpft, dass ihre Wirkung auf den Auftrieb im Vergleich zur Dichte des inkompressiblen Gewebes vernachlässigbar ist. Vermutlich haben diese fast neutralen Auftrieb (obwohl die Tatsache, dass tote Wale sinken, darauf hindeutet, dass sie einen leicht negativen Auftrieb haben).

Danke an @souvik-bhattacharya für den ucsc.edu-Link.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dieses Szenario wird neutraler Auftrieb genannt und ist das, was Meeressäuger haben, also brauchen sie keine Energie, um im Wasser still zu bleiben, und es ist für sie auch nicht besonders schwer, nach oben oder unten zu gehen, wenn sie wollen.

Stellen Sie sich ein Tier vor, das so dicht wie ein Stein ist und versucht, Luft zu holen, oder eines mit geringer Dichte, wie ein Ballon, das versucht, nach unten zu tauchen, um Nahrung zu finden. Es würde viel mehr Energie erfordern, dieser Netto-Auftriebs-Gewichtskraft (nach oben oder unten) entgegenzuwirken, als wenn diese Netto-Auftriebs-Gewichtskraft 0 wäre. Durch einen neutralen Auftrieb sparen Meeressäuger Energie.

Und wie erreichen sie einen neutralen Auftrieb?

Sie haben mehr Fett in ihrem Körper (Fett hat eine geringere Dichte als Wasser). Es hilft auch, dass Salzwasser etwas dichter ist als reines Wasser, sodass die Auftriebskraft etwas stärker ist.

Also ... wie Sie vorausgesagt haben ... neutraler Auftrieb hilft ihnen, aber nicht durch Einatmen einer bestimmten Luftmenge ... stattdessen kann man sagen, dass dies ihre inhärente Eigenschaft ist ...

Neutraler Auftrieb ist keine "inhärente Eigenschaft" eines weichen Körpers, der eine komprimierbare Flüssigkeit (Luft) enthält.
@SuperElectric, was ich meinte, ist, dass sie keine externe Komponente wie Luft benötigen, um ihren neutralen Auftrieb aufrechtzuerhalten ... auch wenn ich nach technischen Details gehe ... während eines Tauchgangs wird der Körper eines Säugetiers praktisch inkompressibel mit Lufthöhlen, die mit Venengeflechten ausgekleidet sind und sich in der Tiefe zusammen mit den Lungen füllen und so den Luftraum auslöschen.
Lungen mit einem Volumen Vs an der Oberfläche haben ein Volumen V = Vs/(0,1 D) in der Tiefe, wobei D die Tiefe in Metern ist. Die Auftriebskraft B ist proportional zu V. Es stimmt also, dass der Auftrieb weniger tiefenempfindlich wird, je tiefer man kommt (lim D->inf dB/dD = 0). Für die Betriebstiefe von beispielsweise Pottwalen ist dies möglicherweise nicht so wichtig ... aber erst, wenn sie diese Tiefe erreicht haben. Wenn sie auf 1000 Metern einen neutralen Auftrieb erreichen möchten, werden sie auf 0 Metern extrem schwimmfähig sein, was es ziemlich mühsam macht, in diese Tiefe hinunterzuschwimmen. Dies scheint eine verschwenderische Aerobic-Übung zu sein.
Eine Problemumgehung wäre, vor dem Tauchen so viel wie möglich auszuatmen, damit das Lungenvolumen V zunächst eine kleine Komponente des Gesamtauftriebs des Körpers ist. Das bedeutet, sich nur auf die im Blut gelösten Sauerstoffreserven zu verlassen, die sich nicht komprimieren lassen. Das ist jedoch nur eine Vermutung, und ich würde mich über weitere Expertenmeinungen freuen.
Ihre Vermutung ist richtig und für eine Expertenmeinung lesen Sie diesen Forschungsartikel der University of California ... bio.classes.ucsc.edu/bio131/Thometz%20Website/… ........hoffe, das hilft ...
Die einzig relevante Passage scheint zu sein: "Cetaceans scheinen bei Inspiration zu tauchen, während Flossenfüßer normalerweise bei Exspiration tauchen", was die Frage, wie Wale mit luftgefüllten Lungen tauchen können, nicht wirklich beantwortet.
Okay, habs kapiert. Wallungen sind anfangs klein: catalyststudent.org.uk/dl/… Danke für den Link; werde es in der Antwort verwenden.
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