Внутри сундуков дельфинов и зубатых китов есть анатомическая загадка: лабиринт крошечных червеобразных кровеносных сосудов, называемых «грудным ритмом», цель которого давно озадачила ученых. Джой Рейденберг, анатом из Медицинской школы Икан-Маунт-Синай, считает, что она поняла, для чего она. Если она права, это может стать ключом к разработке устройства, которое сможет предотвратить смертельное состояние, которого боятся все дайверы: изгибы.
Райденберг - один из нескольких исследователей, чья работа сужается в том, как морским видам удается погрузиться и благополучно вернуться из глубин океанов. И это растущее понимание анатомии дельфинов, китов, черепах и рыб приносит мечты о том, чтобы позволить дайверам-людям погружаться глубже, быстрее и безопаснее, немного ближе к реальности.
Райденберг осмотрел 10 мертвых дельфинов и морских свиней, которые оказались на берегу, чтобы проследить связь между таинственными кровеносными сосудами и остальными анатомиями животных. Она нашла сеть, которая, как она подозревает, могла бы работать как своего рода «сортировщик монет» для газов, улавливая пузырьки азота, которые образуются в результате всплытия дайверов, ловя их в маленьких и меньших сосудах. Это, в свою очередь, удерживает их от попадания в суставы и блокирует кровоснабжение органов, что может вызвать смертельную декомпрессионную болезнь, также называемую изгибами.
Ей все еще нужно полностью проверить эту теорию, но другие недавние исследования, похоже, подтверждают ее идею. Исследование, опубликованное в апреле исследователями в Океанографическом институте Вудс-Хоул и Фонда океанографии в Испании, обнаружило, что легкие морских млекопитающих сжимаются под давлением таким образом, что пузырьки азота не попадают в кровоток.
У людей все по-другому. По мере того, как вы погружаетесь глубже, повышенное давление заставляет азот в воздухе, которым вы дышите, растворяться в вашей крови. Поднимаются слишком быстро и азот не растворяется, образуя пузырьки газа в крови, где они расширяются и могут застрять в суставах и жизненно важных органах. Без адаптации морских млекопитающих дайверы должны медленно подниматься, часто с перерывами, чтобы избежать этой проблемы. Это дает время пузырькам азота постепенно продвигаться по пути от крови к легким, где они могут выдыхаться на поверхности - как вы осторожно, медленно открываете банку содовой, чтобы выпустить газы, которые накапливались под давлением.
Чтобы проверить свою теорию функции рита, Рейденберг прокачивает раствор, похожий на сельтерский, через вены туши дельфина и помещает этот тушу в камеру повторного сжатия, вставленную в сканер КТ. Когда она увеличивает давление, чтобы имитировать погружение, газы в жидкости растворяются в кровотоке. Затем, когда азот начинает возвращаться в виде «микропузырьков» во время имитированного всплытия, грудной ритм, как мы надеемся, откачивает их, чтобы держать их вдали от жизненно важных органов, пока они не попадут в вены, что приведет к выдоху легких на поверхности,
«По мере приближения к поверхности пузырьки будут вытесняться, и легкие смогут снова расширяться, и пузырьки в конечном итоге перекачиваются в легкие», - говорит Рейденберг. Эта ставка будет действовать как своего рода «обходной контур, чтобы поймать этот дополнительный газ».
Сферическое повреждение, обнаруженное в ребре мертвого кашалота, вероятно вызванное пузырьками азота, образовавшимися, когда кит слишком быстро поднялся с глубины высокого давления. (Том Кляйндинст / Вудс Холл Океанографический институт) Если эта функция ставки будет доказана, риски и время ожидания для дайверов-людей могут быть сокращены, создавая, по существу, внешний тариф для людей. По словам Рейденберга, возможности значительны: представьте, что дайверы ВМС SEAL занимаются секретными операциями. «Последнее, что вы хотели бы, - это чтобы они сидели утками в нескольких ярдах от поверхности, ожидая последней декомпрессионной остановки, которая является самой длинной остановкой. В настоящее время они могут отказаться от этой остановки, всплыть на поверхность быстрее и рискнуть прогнуться ».
Но если бы у них было спрятано устройство на спине, подключенное к их системе кровообращения через кровеносный сосуд у поверхности кожи, погружение было бы быстрее и безопаснее - как с медицинской, так и с военной точек зрения. Сначала это будет громоздко, но, по словам Рейденберга, это не более, чем система внутривенного введения, в которую может быть включен пациент больницы.
Не все уверены в будущем такого устройства. «Люди десятилетиями смотрят на ныряющих животных, задаваясь вопросом, как они справляются с глубиной и давлением», - говорит Лорен Хоул, инженер-механик из Университета Дьюка, который работал над моделированием тяжести изгибов в различных сценариях. Он говорит, что теории Рейденберга о рейте интересны и «могут иметь место», но он отметил, что разница между морскими млекопитающими и наземными заключается в том, что они делают один вдох на поверхности перед погружением. Мы, тем временем, дышим непрерывно через воздушные резервуары, что означает, что у нас больше азота для образования пузырьков.
Что касается громоздкого прототипа? «Да, я не знаю, хочу ли я попробовать это», - говорит Хоул.
Интересно, что морские млекопитающие не всегда успешны, поскольку избегают изгибов. Недавние исследования скелетов китов показали, что даже киты могут получить повреждения костей, характерные для изгибов. Неожиданные стрессоры, такие как сонар, считаются главными виновниками, заставляя животных стремиться к поверхности, заставляя их слишком быстро разжимать легкие.
Идеи против изгиба - это не единственное, чему мы можем научиться у таких животных при разработке технологии дайвинга следующего поколения. Одним из самых больших достижений, вдохновленных морскими млекопитающими, являются ласты, основанные на анатомии дельфинов. «Монофин» существует с 1970-х годов и сократил время погружений для фридайверов, заменив наши неуклюжие два фута на дельфиноподобную случайность. С тех пор было несколько достижений этого плавника, чтобы сделать его еще более похожим на дельфина.
«Он похож на хвост ныряющих млекопитающих, таких как киты, дельфины и т. Д., Поскольку он обеспечивает очень эффективный способ передачи энергии от ваших мышц к движению вперед в воде. Вот почему природа приняла его », - сказал Стефан Уилан, создатель сообщества онлайн-дайвинга DeeperBlue.com.
Другие плавники копируют неровности или бугорки, которые горбы имеют на своих плавниках, которые уменьшают сопротивление и улучшают маневренность.
«Они использовались на ветряных мельницах, фанатах, спойлере гоночных автомобилей McLaren. Британская компания Zipp использовала их на велосипедных колесах. Самолеты, конечно. Speedo разработал плавник для плавания под названием Nemesis », - говорит Фрэнк Фиш, биолог из Университета Западного Честера в Пенсильвании, который разработал ряд биомиметических продуктов - приложений, основанных на физиологии животных, - в том числе бугорки, вдохновленные горбом. Существуют новые гидрокостюмы, в которых скопированы перекрывающиеся зубцами зубцы кожи акулы, чтобы уменьшить сопротивление, и защитные очки, которые копируют, как рыба и некоторые цветы захватывают воду, чтобы создать более четкое представление.
Некоторые приспособления для животных, однако, не подражают. Джон Дэвенпорт, морской биолог из Университетского колледжа Корка в Ирландии, попытался выяснить, как и почему трахии морских черепах в кожаном переплете, которые постепенно разрушаются при глубоком погружении животных, строятся такими, какими они являются. Он называет структуру «в основном альтернативой эволюции 140 миллионов лет» дыхательной структуры морских млекопитающих. Но он сказал: «Боюсь, что не вижу очевидного использования структуры трахеи в кожаном переплете в человеческом дайвинге».
Копирование разрушающихся легких дельфинов и китов также кажется бесполезным; человеческие легкие липкие и не могут снова вздуться после того, как они разрушатся.
Но это может быть другой, возможно, даже более ценный способ, которым мы могли бы подражать анатомии морских млекопитающих.
Райденберг все еще ищет финансирование для создания устройства для дайвинга, предотвращающего изгибы, но тем временем она уже начала пытаться учиться на легких животных. В новом сотрудничестве она объединилась с другими исследователями, чтобы составить карту сосудистой системы кита плода, чтобы выяснить, как легкие кита изменяют свою эластичность и как мы можем применить это для лечения заболеваний легких, таких как эмфизема у людей.
Это еще один способ для морских млекопитающих, который может помочь нам найти способ дышать легче - в воде и на суше.
