Аэробные способности млекопитающих при погружениях. Морские млекопитающие Какое морское млекопитающее ныряет глубже всех

Какие млекопитающие обитают в море?

Млекопитающие относятся к теплокровным, которые не могут дышать под водой. Однако некоторые из них миллионы лет назад отправились на поиски пищи в море. Их потомки приспособились к новым условиям жизни и стали выдающимися пловцами. Их конечности превратились в плавники, и сформировался толстый слой жира, который защищает от холодных вод. К морским млекопитающим относятся киты, дельфины, тюлени, морские коровы (сирены) и морские выдры (каланы).

Как питается голубой кит?

Голубой кит — самое большое млекопитающее нашей планеты, длина которого достигает 35 метров, а вес — около 135 тонн. Однако этот гигант вполне безобиден и питается мелкими морскими рачками, которые называются крилем. Чтобы насытиться, ему приходится усиленно поглощать криль, летом — до 4 тонн в день. Голубой кит отфильтровывает рачков из морской воды с помощью китового уса — тонких 4,5-метровых роговых пластин, расположенных на верхней челюсти вместо зубов.

Какие тюлени — самые большие в мире?

Южные морские слоны — самые большие ластоногие на планете. Мужские особи достигают длины 5 метров и веса до 4000 килограммов. Самки вдвое меньше и легче. Эти гиганты живут преимущественно на островах вокруг Антарктиды. Северные морские слоны намного меньше и обитают вдоль западного побережья Северной Америки.

На заметку: Если вас интересует работа в эйвон , то всю необходимую информацию вы сможете получить на интернет-ресурсе avon4life.ru.

Кто из сухопутных животных — родственник сирены?

Сирены — единственные морские млекопитающие-вегетарианцы. Они поедают водоросли, произрастающие в тёплых неглубоких водах Атлантического океана. Даже трудно себе представить, что эти морские животные являются дальними родственниками слонов. В зависимости от вида они достигают длины 2,5-4 метра и весят 250-1500 килограмм. Они не такие большие, как их земные родственники. Сирены всегда держатся прибрежных и часто очень мелких вод. Разновидностями сирен являются ламантин и дюгонь.

Какие млекопитающие не могут покинуть водную среду?

Киты и сирены не в состоянии покинуть водную среду, хотя их предки, жившие много миллионов лет назад, могли это сделать. Они выныривают лишь на короткое время, чтобы выдохнуть из лёгких использованный воздух и вдохнуть свежий. Затем они снова погружаются в морские глубины.

Какие морские млекопитающие преодолевают самые большие расстояния?

Рекордсменом в этой «дисциплине» является серый кит. Это животное, длина которого составляет 13-15 метров, а вес — до 35 тонн, каждый год проплывает от 10 000 до 20 000 километров по Тихому океану. Кит мигрирует между участками, где питается и размножается. Поскольку живут они в среднем от 40 до 50 лет, то один кит за свою жизнь преодолевает дистанцию, которая примерно соответствует расстоянию до Луны и обратно.

Какое млекопитающее способно погружаться глубже всех?

Среди всех млекопитающих глубже всех способен погружаться кашалот — до 1200 метров. Встречались даже особи, которые, охотясь за каракатицами, опускались до 3000 метров. Кашалоты, чья длина составляет 18 метров, а вес 50 тонн, могут оставаться на глубине до двух часов, не поднимаясь при этом на поверхность за кислородом.

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.

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.

2013 год объявлен в России Годом охраны окружающей среды. В нашей стране много дат, связанных с охраной и защитой животного, растительного мира, воды, земли, воздуха и человека. Об отдельных событиях и праздниках года будет рассказано на «Экологической странице». Она предназначена широкому кругу читателей, преподавателям, воспитателям.

Отмечается с 1986 года и называется также Днем Кита. Он считается днем защиты не только китов, но и всех морских млекопитающих и других живых существ, обитающих в морях и океанах. В этот день, после 200 лет беспощадного истребления Международная китовая комиссия ввела запрет на китовый промысел. Он действует и поныне и означает, что по всему миру охота на китов, а также торговля китовым мясом запрещена. После запрета коммерческого китобойного промысла численность некоторых видов китов начала восстанавливаться. В настоящее время разрешены только аборигенный промысел китов исключительно для удовлетворения потребностей коренного населения, а также изъятие китов в научных целях. Многие из морских млекопитающих находятся под угрозой исчезновения и занесены в Красную книгу Российской Федерации и Международного союза охраны природы.
Почему их так называют?
Эти обитатели моря истинные млекопитающие: у них четырёхкамерное сердце; они теплокровны; самки рожают живых детёнышей и кормят их молоком; имеют волосы на коже.
Млекопитающие могут жить под водой, но, дышат они легкими, а не жабрами, как все рыбы. Исходя из этого, становится ясно, что под водой млекопитающие долго находиться не могут. Им нужно постоянно всплывать, чтобы пополнять запас воздуха в крови. Считается, что морские млекопитающие жили когда-то на поверхности земли. Некоторые морские животные могут жить и в воде, и на суше.
Кто относится к морским млекопитающим?
Отряд китообразные, куда относятся киты, дельфины и морские свиньи . Отряд сирены, включающий дюгоней и ламантинов . Представители отряда хищных, куда относят выдр и каланов. Ластоногие, включающий тюленей и морских львов .
Как долго млекопитающие могут не дышать?
Морские млекопитающие могут находиться под водой разное количество времени. Например, киты могут не дышать под водой от 2 до 40 минут. Кашалот может не дышать под водой до полутора часов. Тюлень пребывает под водой 15 мин., погружаясь на глубину до 150 м. Арктический тюлень Уэделла погружается на глубину до 600 м на 70 мин.
Чем питаются морские млекопитающие?
Морские млекопитающие, как и сухопутные, бывают хищниками и травоядными. Например, сирены - это единственные вегетарианцы среди морских млекопитающие, а киты и дельфины - хищники. Травоядные млекопитающие питаются различными водорослями, а хищникам необходима животная пища - рыбы, рачки, моллюски или мелкие тюлени.
Какое морское млекопитающее самое крупное?
Самое крупное морское млекопитающее - голубой кит. Благодаря своим размерам он занесен в книгу рекордов Гиннеса. Средняя длина гиганта - 25 метров. А средний вес - 100 тонн. Несмотря на устрашающий вид киты не опасны для людей, так как они питаются исключительно рыбой и планктоном.
Какое морское млекопитающее самое опасное?
Самое опасное морское млекопитающее - это касатка. Несмотря на то, что она не нападает на человека, все же является грозным хищником. Ее боятся даже киты. Недаром касатку называют китоубийцей. Кроме китов, она может вести охоту на дельфинов, морских львов, тюленей и котиков, а также на их детенышей. Были случаи нападения касаток на лосей и оленей, которые переплывали узкие прибрежные каналы.
Какое морское млекопитающее самое дружелюбное?
Самое дружелюбное к человеку морское млекопитающее - это дельфин. Известно много случаев, когда дельфины спасали людей, попавших в кораблекрушение. Дельфины никогда не нападают на людей. Дельфины очень умные и учеными установлено, что их мозг может быть еще более развитым, чем мозг человека. Дельфинов используют при лечении детских заболеваний. Человек, благодарный этому замечательному животному, увековечил его в памятниках.
Вот такими интересными созданиями являются морские млекопитающие. Они величественные и удивительные. У них огромный размер и они умеют общаться друг с другом. Еще одной их характеристикой является то, что они мирные и проживают свою жизнь семьями, заботясь и любя членов своей группы.

Список литературы

1. Богатырёва, Н. А. В царстве Нептуна: сценарий / Н. А. Богатырёва // Педагогическое творчество. – 2008. – № 12. – С. 7–8.
2. Бульванкер, В. О китах и китёнышах // От кота до кита / В. Бульванкер. – Л., 1991. – С. 62–66.

О памятниках китам и дельфинам.

1. Гик, Е. Братья меньшие на пьедесталах: памятники животным за заслуги перед людьми / Е. Гик // Свет. – 2010. – № 4. – С. 39–42.
2. Дозье, Т Киты и другие морские млекопитающие / Т. Дозье; пер. с англ. Л. Ждановой. – М., 1980. – 129 с.
3. Жуков, Б. Поющий тихоход / Б. Жуков // Вокруг света. – 2009. – № 3. – С. 96– 104.

О китах.

1. Зотова, Л. В. Обитатели подводного мира: пьеса для детей 6–8 лет / Л. В. Зотова // Книжки, нотки и игрушки для Катюшки и Андрюшки. – 2009. – № 7. – С. 56–57. – (Как прекрасен этот мир).
2. Зуева, С. В. Путешествие в морские глубины: театрализованная постановка // Читаем, учимся, играем. – 2007. – № 5. – С. 78–84.
3. Крюкова, Н. С. Путешествие в подводный мир: внеклассное занятие / Н. С. Крюкова // Досуг в школе. – 2002. – № 3. – С. 14–16.
4. Молюков, М. И. Звери Красной книги СССР / М. И. Молюков, О. Л. Россолимо. – М., 1989. – 192 с.
5. Поведение животных / вып. ред А. Перминов – М., 2003. – 191 с. – (Большая энциклопедия природы).
6. Рязанцева, Л. М. «В подводном царстве Нептуна»: морской калейдоскоп / Л. М. Рязанцева // Педсовет. – 2012. – № 1. – С. 9–12.
7. Херсонов, А. Когда дельфинов « ставят под ружьё» / А. Херсонов // Чудеса и приключения. – 2012. – № 5. – С. 56–59.

Об использовании дельфинов в военном деле.

1. Щербакова, А. А. Обитатели морских глубин: 19 февраля – Всемирный день китов / А. А. Щербакова / Книжки, нотки и игрушки для Катюшки и Андрюшки. – 2009. – № 12. – С. 55–57. – (Интересно всё на свете).
2. [Экологи и дельфинотерапия] // Знание- сила. – 2010. – № 11. – С. 56.

Эту и другую литературу по теме можно найти в отделе периодики, краеведения и методическом отделе ЦБ им. А.Н. Зырянова (ул. Свердлова, 57).