hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
قُيِّس التوزيع الإجمالي لتدفق الدم في الفقمات أثناء الغوص باستخدام كريات مجهرية مشعة. وتُظهر الدراسات أن معظم الأعضاء الرئيسية، بما في ذلك الكلى والكبد والأمعاء والعضلات الهيكلية والقلب، لديها دورة دموية منخفضة بشدة، بينما يحصل الدماغ على معظم إمدادات الدم المتبقية. وتختلف تفاصيل النتائج بين الأنواع وتعتمد على طول الغوص وقدرة الغوص لدى الحيوانات. توجد أوردة أجوف كبيرة وجيوب كبدية يمكن تخزين الدم فيها مؤقتًا أثناء الغوص، ويتحكم فيها نسيج عضلي مخطط أمام الحجاب الحاجز، والتي يتحكم فيها فرع من العصب الحجابي. ويمنع هذا النسيج العضلي احتقان القلب عن طريق انقباض الشرايين التي يُنقل الدم من خلالها إلى الأوردة المركزية، مما يخلق احتياطيًا غنيًا بالأكسجين من الدم في الوريد الأجوف، والذي يُطلَق في الدورة الدموية بما يتناسب مع النتاج القلبي. وقرب نهاية الغوص، قد يحتوي هذا الاحتياطي من الدم الوريدي على محتوى أكسجين أعلى من الدم الشرياني.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
يُحرَّض انقطاع النفس في الفقمات عن طريق تحفيز مستقبلات الأعصاب ثلاثية التوائم والبلعومية اللسانية في الفم. ويحفز الاختناق الناتج المستقبلات الكيميائية الطرفية التي تُحدِث تضيقًا متزايدًا في الأوعية الدموية الطرفية وتباطؤًا في ضربات القلب. وعلى العكس من ذلك، إذا حُفِّزَت المستقبلات الكيميائية الطرفية بنقص الأكسجين بينما يتنفس الحيوان، فإن التهوية ومعدل ضربات القلب وتوسع الأوعية في العضلات الهيكلية تزداد. يمكن تقليل استهلاك الأكسجين أثناء الغوص بحوالي 70%، ويُعزى ذلك إلى الأيض اللاهوائي وربما أيضًا إلى تبريد الجسم.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تشير الملاحظات على الفقمات التي تغوص بحرية في المياه المفتوحة إلى أن تباطؤ القلب ليس شائعًا كما اقترحت أعمال المختبر. ويبدو أن الحيوانات تستجيب بشكل مختلف للغمر الطوعي مقارنة بالغمر القسري، وعندما تُجبر تحت الماء وتكون غير قادرة على التنبؤ بطول الغوصة، فإن الفقمة ستدخل في استجابة طوارئ ضد الاختناق مع استجابة قوية لتباطؤ القلب. وعندما كان الغوص بخيار الفقمة، كانت الاستجابة متناسبة مع الوقت الذي تنوي الفقمة الغوص فيه، وستبقى بشكل عام في الأيض الأيروبي، مما يتطلب وقتًا للتعافي أقصر بكثير ويسمح بالغوصات المتكررة بعد فترة قصيرة على السطح. كما سُجِّل تسارع ضربات القلب التوقعي قبل العودة إلى السطح بفترة وجيزة في الغوصات الطوعية.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
عندما سُمح لها بالغوص كما تشاء، كانت فقمات ويديل تقوم عادة بسلسلة من الغوصات القصيرة نسبيًا، مع غوصة أطول في بعض الأحيان، ولم تُراكم حمض اللاكتيك بعد الغوص في دمها الشرياني. وسمح هذا بفترات تعافٍ قصيرة جدًا بين الغوصات، ووقت مغمور إجمالي أطول بكثير يصل إلى 80% من الوقت تحت الماء مقارنة بالغوصات اللاهوائية حيث تُقلَّل نسبة الوقت تحت الماء بشكل كبير. وتسمى المدة الزمنية التي يمكن للفقمة أن تغوص فيها دون تراكم اللاكتات الشريانية بـ"الحد الأيروبي للغوص". ويمكن قياسه، ولكن لا يمكن حسابه بشكل موثوق. ولا يسمح الاختلاف الكبير في ألفة الأكسجين بين الهيموغلوبين والميوغلوبين بنقل الأكسجين من مخزون العضلات إلى الدم لاستخدامه في أنسجة أخرى، لذا لكي تكون الغوصة أيروبية بالكامل، يجب تقييد تدفق الدم إلى العضلات العاملة حتى يمكن استخدام الأكسجين الموجود على الميوغلوبين محليًا، مع الاحتفاظ بإمدادات الهيموغلوبين للأعضاء الحيوية، وخاصة الدماغ. وهذا يتطلب تضيق الأوعية المحيطية الذي يستلزم درجة معينة من تباطؤ القلب.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
في الغوصة الطويلة المقصودة، يُغلَق الدورة الدموية عن العضلات والأحشاء من بداية الغوصة، مع تباطؤ عميق في ضربات القلب، ويُخصَّص أكسجين الدم بشكل فعال للدماغ. وتستخدم العضلات الأكسجين من الميوغلوبين، ثم تتحول إلى الأيض اللاهوائي، وهو نفس النظام الذي تستخدمه الفقمات في الغوصات القسرية. عادة، تستخدم الفقمات عملية وسيطة، حيث تُغلَق العضلات الأكثر نشاطًا عن الدورة الدموية وتستخدم الأكسجين المخزن محليًا لتجنب المساس بمخزون الأكسجين في الدم، الأمر الذي يتطلب درجة محدودة من تباطؤ القلب للتعويض عن زيادة التقييد الوعائي المحيطي، مما يجعل محاولات حساب الحد الأيروبي للغوص غير عملية، حتى لو قُيِّمَت مخازن الأكسجين المتاحة بدقة.
تشكّل عجول البحر أي فرد من أفراد عائلة الثدييات البحرية (أوتاريدي)، وهي إحدى المجموعات الثلاث لزعنفيات الأقدام. وتضم 15 نوعًا حيًا في سبعة أجناس، وتُعرف عادة بأسود البحر أو فقمات الفراء، وتتميز عن الفقمات الحقيقية والفظ. وقد تكيفت عجول البحر مع نمط حياة شبه مائي، حيث تتغذى وتهاجر في الماء، لكنها تتكاثر وتستريح على اليابسة أو الجليد.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تتمتع عجول البحر بزعانف أمامية وعضلات صدرية أكبر نسبيًا بكثير من الفقمات الحقيقية، ولديها القدرة على قلب أطرافها الخلفية إلى الأمام والمشي على أطرافها الأربعة، مما يجعلها أكثر قدرة على المناورة على اليابسة. وتُعتبر عمومًا أقل تكيفًا مع نمط الحياة المائي نظرًا لأنها تتكاثر بشكل أساسي على اليابسة وتخرج من الماء بشكل متكرر أكثر من الفقمات الحقيقية. ومع ذلك، يمكنها تحقيق سرعات عالية في دفعات قصيرة ولديها قدرة أكبر على المناورة في الماء. وتستمد قوتها في السباحة من استخدام الزعانف أكثر من الحركات المتعرجة لكامل الجسم التي تُشاهد عادة في الفقمات الحقيقية والفظ.
تُعدّ عجول البحر حيوانات آكلة للحوم، وتتغذى على الأسماك، ورأسيات القدم، والكريل. وتميل أسود البحر إلى التغذية بالقرب من الشاطئ في مناطق التيارات الصاعدة، وتتغذى على الأسماك الكبيرة، بينما تميل فقمات الفراء الأصغر حجمًا إلى القيام برحلات بحث عن الطعام أطول في عرض البحر ويمكنها أن تعيش على أعداد كبيرة من الفرائس الأصغر. وهي تتغذى بشكل أساسي عن طريق البصر. وبعض الإناث قادرات على الغوص حتى عمق 400 متر (1,300 قدم).
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
فقمة الفظ (أودوبينوس روزماروس) هي ثديي بحري كبير ذو زعانف من المحيط المتجمد الشمالي وبحار شبه القطب الشمالي في النصف الشمالي من الكرة الأرضية. وتتميز فقمة الفظ البالغة بأنياب وشعيرات وجهية بارزة، وبضخامتها الكبيرة، حيث يمكن أن يتجاوز وزن الذكور البالغة في المحيط الهادئ 2,000 كجم (4,400 رطل).
تفضل فقمات الفظ مناطق الرف القاري الضحلة وتتغذى بشكل أساسي في قاع البحر، وغالبًا ما تفعل ذلك من منصات الجليد البحري. وهي ليست غواصة عميقة بشكل خاص مقارنة بالفقميات الأخرى؛ حيث يبلغ أقصى عمق مسجل لغوصها حوالي 80 مترًا (260 قدمًا). ويمكنها البقاء مغمورة تحت الماء لمدة تصل إلى نصف ساعة.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تنتمي الحوتيات إلى رتبة فرعية من الثدييات المائية الإجبارية، وتشمل 93 نوعًا حيًا ضمن رتبتين فرعيتين. الرتبة الأولى هي الحيتان المسننة، وتضم 73 نوعًا، ومنها الدلافين، وخنازير البحر، والحوت الأبيض، وحوت وحيد القرن، وحوت العنبر، والحيتان المنقارية. أما الرتبة الثانية فهي الحيتان البالينية، التي تمتلك نظام تغذية بالترشيح، وتضم خمسة عشر نوعًا ضمن ثلاث فصائل، وتشمل الحوت الأزرق، والحيتان الحقيقية، والحوت مقوس الرأس، والحوت الأحدب، والهراكلة، والحوت الرمادي.
تؤثر الاختلافات الكبيرة في كتلة الجسم لدى الحيتانيات بشكل كبير على قدرة تخزين الأكسجين واستخدامه، مما يؤثر على حدود الغوص. ويختلف محتوى الميوغلوبين في العضلات الهيكلية اختلافًا كبيرًا بين الأنواع، ويرتبط بقوة بمدة الغوص القصوى لدى الحيتان المسننة. وقد وُجد أن التأثيرات المشتركة لكتلة الجسم ومحتوى الميوغلوبين تمثل 50% من التباين الإجمالي في أداء الغوص لدى الحيتانيات، و83% من التباين في أداء الغوص لدى الحيتان المسننة.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تشكل فصيلة الحيتان المنقارية بعض الحيوانات الغامضة والتي يصعب الوصول إليها، وتُعتبر حيوانات باحثة عن الطعام في الأعماق بشكل أساسي بناءً على محتويات معدتها. وتُظهر دراسات الوسم التي أجراها هوكر وبايرد (1999) أن الحوت المنقاري الشمالي قادر على الغوص إلى أعماق تزيد عن 1500 متر ولفترات تزيد عن ساعة. واستخدم جونسون وآخرون (2004) علامات تسجيل صوتية لتسجيل نقرات تحديد الموقع بالصدى التي يصدرها حوت كوفييه ذو المنقار والحوت المنقاري لبلينفيل أثناء غوصات تصل إلى عمق 1270 مترًا، مما يشير إلى أنها تستخدم سلسلة من النقرات المنتظمة مع تسلسلات سريعة متقطعة أثناء الغوصات العميقة. واستُنتج أن كلا هذين النوعين يبحثان عن الطعام في المياه العميقة باستخدام تحديد الموقع بالصدى.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
وقد لوحظ أن الحيتان المنقارية، حوت كوفييه ذو المنقار والحوت المنقاري لبلينفيل، تصطاد في المياه العميقة باستخدام تحديد الموقع بالصدى في ظروف طبيعية، حيث يصل حوت كوفييه إلى أعماق تصل إلى 1885 مترًا ولفترات تصل إلى 58 دقيقة. وتتبع غوصات البحث عن الطعام العميقة هذه في كل حالة بسلسلة من الغوصات الضحلة جدًا دون مؤشرات على سلوك البحث عن الطعام. وكانت الفترة الفاصلة بين غوصات البحث عن الطعام طويلة بما يكفي للدلالة على احتمال كبير للتعافي من دين الأكسجين الذي يسببه الأيض اللاهوائي. وتجاوزت مدة غوصات البحث عن الطعام حدود الغوص الأيروبي المقدرة بعامل يصل إلى ضعفين. وقد أدت التقارير عن الانسدادات الغازية في الحيتان المنقارية التي جنحت والمرتبطة بتمارين السونار البحرية إلى فرضيات تفيد بأن أنماط غوصها قد تجعلها عرضة لمرض تخفيف الضغط، وربما يتفاقم ذلك بسبب نبضات السونار عالية الطاقة. ولا تفسر النماذج الحالية للغوص مع حبس الأنفاس بشكل كافٍ سلوك الغوص الطبيعي لهذه الحيتان. في الحيتان المنقارية، كان معدل الهبوط أسرع باستمرار من معدل الصعود، عند حوالي 1.5 متر في الثانية، بغض النظر عن عمق الغوص، وبزاوية انحدار تتراوح من 60 إلى 85 درجة. وكان معدل الزعنفة الذيلية لحوت كوفييه أعلى في بداية الغوص، ولكنه انخفض بحوالي 50 مترًا، مع معدل هبوط ثابت، بما يتوافق مع تقليل الطفو بسبب انضغاط الرئة.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
وكانت عمليات الصعود من غوصات البحث عن الطعام العميقة بسرعة رأسية منخفضة بمتوسط 0.7 متر في الثانية بزاوية منخفضة. وتختلف معدلات الصعود في الحوت المنقاري لبلينفيل باختلاف عمق الغوص، مع صعود أسرع يرتبط بغوصات أعمق مما يعطي وقت صعود إجمالي ثابت نسبيًا. أما بالنسبة لحوت كوفييه، فإن استراتيجية الصعود غير واضحة: فهي تميل إلى الصعود بسرعة في المئات الأولى من الأمتار من الغوصات الأعمق ثم تبطئ عند حوالي 500 متر وتسرع مرة أخرى بالقرب من السطح. وكلا النوعين يبدآن صعودهما بشكل أسرع من الغوصات الأعمق، ولكن لم يكن هناك ارتباط واضح ظاهر بين سرعة الصعود وعمق الغوص في أعلى 200 متر من الصعود. وكان معدل الزعنفة الذيلية في كلا النوعين في آخر 40 مترًا من الصعود أقل بكثير مما كان عليه أثناء الهبوط، وهو ما يتوافق مع الفرضية القائلة بأن الجزء الأخير من الصعود يعمل إلى حد كبير بقوة الطفو الناتجة عن تمدد الهواء في الرئتين.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
يقوم كل من حوت كوفييه ذو المنقار والحوت المنقاري لبلينفيل بغوصات طويلة وعميقة للتغذية على مصدر في المياه العميقة. ويتبع الغوص نمطًا مميزًا حيث تتبع معظم غوصات البحث عن الطعام العميقة بسلسلة من الغوصات الضحلة المتزامنة والتعافي بالقرب من السطح. ويبدو أن جميع غوصات البحث عن الطعام في هذه الأنواع أطول بكثير من حدود الغوص الأيروبي المقدرة، مما يشير إلى أن الحيتان تعود عمومًا إلى السطح مع دين أكسجين. وقد افتُرض أن سلسلة الغوصات الضحلة والفترات الطويلة بين غوصات البحث عن الطعام ضرورية للتعافي من دين الأكسجين استعدادًا للغوصة العميقة التالية. وتعتبر الفترات الطويلة التي تُقضى بالقرب من السطح غير متسقة مع الفرضية القائلة بأن الحيتان المنقارية مشبعة بشكل فائق بشكل مزمن عند مستويات عالية.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
لا يبدو أن الأوقات المتشابهة للهبوط والصعود في الغوصات الضحلة التالية للبحث عن الطعام تتوافق مع متطلبات إعادة الانضغاط. ولا تُفسَّر عمليات الصعود البطيئة نسبيًا من غوصات البحث عن الطعام بشكل كافٍ. وتشمل عمليات الصعود هذه السباحة النشطة وعدم التغذية، مع حدوث أدنى معدل صعود تحت عمق انهيار الرئة، وهو ما لا يبدو أنه يساعد في منع تكون الفقاعات، ووفقًا للنماذج الحالية لانتشار النيتروجين، قد يزيد من خطر مرض تخفيف الضغط.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
لا يشير تحليل "تايك" وآخرون (2006) إلى أن الحيتان المنقارية تتعرض لخطر إجهاد تخفيف الضغط والانسداد أثناء سلوك الغوص الطبيعي. وقام "هاوسر" وآخرون (2001) بنمذجة مستويات النيتروجين في أنسجة حوت منقاري غواص بافتراض انهيار الرئة على عمق 70 مترًا، ووجدوا أن سرعة وعمق الغوص هما العاملان الرئيسيان المؤثران على تراكم النيتروجين في الأنسجة. وتسمح الغوصات ذات الأوقات الأطول في الأعماق حيث كانت الرئتان منكمشة بشكل غير كامل بامتصاص أكبر للغازات وتشبع فائق. ويعتمد معدل امتصاص النيتروجين على كل من المنطقة السنخية المعرضة للغاز، والتي تنخفض مع العمق مع انكماش الرئتين تدريجيًا، وتدرج الضغط الجزئي الذي يزداد خطيًا مع العمق، ويُقدَّر أنه يصل إلى الحد الأقصى في منتصف المسافة بين السطح وعمق الانهيار الكامل للحويصلات الهوائية.
يُعدّ حوت العنبر (فيسيتر ماكروسيفالوس) أكبر الحيتان المسننة وأضخم مفترس مسنن. وهو العضو الحي الوحيد في جنس فيسيتر (حيتان نافثة) وواحد من ثلاثة أنواع حية في فصيلة حيتان العنبر، جنبًا إلى جنب مع حوت العنبر القزم وحوت العنبر القزمي من جنس كوغية.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تكيَّف الجهاز التنفسي لحوت العنبر للتعامل مع التغيرات الجذرية في الضغط عند الغوص. يسمح القفص الصدري المرن بانكماش الرئتين، مما يقلل من امتصاص النيتروجين، ويمكن أن ينخفض الأيض للحفاظ على الأكسجين. بين الغوصات، يطفو حوت العنبر على السطح للتنفس لمدة ثماني دقائق تقريبًا قبل الغوص مرة أخرى. تتنفس الحيتان المسننة الهواء على السطح من خلال فتحة نفث واحدة على شكل حرف S، والتي تكون منحرفة بشدة إلى اليسار. يتنفس حوت العنبر (ينفث) 3-5 مرات في الدقيقة أثناء الراحة، وتزيد إلى 6-7 مرات في الدقيقة بعد الغوص. يكون النفث صاخبًا، وعبارة عن مجرى واحد يرتفع إلى مترين (6.6 قدم) أو أكثر فوق السطح ويتجه إلى الأمام واليسار بزاوية 45 درجة. وفي المتوسط، تقوم الإناث والصغار بالنفث كل 12.5 ثانية قبل الغوص، بينما يقوم الذكور الكبيرة بالنفث كل 17.5 ثانية قبل الغوص. وقد وُجد في بطن حوت عنبر قتل على بعد 160 كم (100 ميل) جنوب ديربان، جنوب أفريقيا، بعد غوصة استمرت ساعة و50 دقيقة، نوعان من أسماك كلب البحر، والتي توجد عادة في قاع البحر.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
في عام 1959، قيس قلب ذكر يزن 22 طنًا متريًا (24 طنًا قصيرًا) أخذه صيادون ليجدوا وزنه 116 كيلوغرامًا (256 رطلاً)، أي حوالي 0.5% من كتلته الإجمالية. ويحتوي الجهاز الدوري على عدد من التكيفات المحددة للبيئة المائية. يزداد قطر القوس الأبهري عندما يغادر القلب. ويعمل هذا التوسع المنتفخ كـ"وعاء ريحي" (تأثير ويندكسل)، أو مجمع هيدروليكي، مما يضمن تدفقًا ثابتًا للدم مع تباطؤ معدل ضربات القلب أثناء الغوص. وتوضع الشرايين التي تغادر القوس الأبهري بشكل متماثل. ولا يوجد جذع ضلعي رقبي. كما لا يوجد اتصال مباشر بين الشريان السباتي الباطن وأوعية الدماغ. وقد تكيَّف جهازها الدوري للغوص في أعماق كبيرة، تصل إلى 2,250 مترًا (7,382 قدمًا) لمدة تصل إلى 120 دقيقة، وكانت أطول غوصة مسجلة 138 دقيقة. وتكون الغوصات الأكثر شيوعًا حوالي 400 متر (1,310 قدمًا) ومدة 35 دقيقة. ويكون الميوغلوبين، الذي يخزن الأكسجين في الأنسجة العضلية، أكثر وفرة بكثير منه في الحيوانات البرية. ويحتوي الدم على كثافة عالية من خلايا الدم الحمراء، التي تحتوي على الهيموغلوبين الذي يحمل الأكسجين. ويمكن توجيه الدم المؤكسج نحو الدماغ والأعضاء الأساسية الأخرى فقط عندما تنخفض مستويات الأكسجين. وقد يلعب عضو السائل العنبري أيضًا دورًا في تعديل الطفو. وتُعدّ الشبكات الشريانية الرائعة متطورة بشكل استثنائي. والشبكات الشريانية الرائعة المعقدة في حوت العنبر أكثر اتساعًا وأكبر من تلك الموجودة في أي حوت آخر.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تُعدّ الدلافين اسمًا شائعًا للثدييات المائية ضمن الرتبة الفرعية الحوتيات. ويشير مصطلح الدلفين عادةً إلى الفصائل الحية التالية: الدلافين المحيطية، والدلافين الطيارة، ودلافين إنيادية، ودلافين المياه المالحة (بونتوبوريداي)، بالإضافة إلى الفصيلة المنقرضة الدلافين المهجورة (مثل دلفين النهر الصيني أو البايجي). وهناك 40 نوعًا حيًا يُعرف باسم الدلافين.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
تتراوح أحجام الدلافين من دلفين ماوي الذي يبلغ طوله 1.7 متر (5.6 قدم) ووزنه 50 كيلوغرامًا (110 رطل)، إلى الحوت القاتل الذي يبلغ طوله 9.5 متر (31 قدمًا) ووزنه 10 أطنان (11 طنًا قصيرًا). وتُظهر عدة أنواع مثنوية الشكل الجنسي، حيث تكون الذكور أكبر من الإناث. تتميز الدلافين بأجسام انسيابية وطرفين متحورين إلى زعانف. وعلى الرغم من أنها ليست بمرونة الفقمات تمامًا، إلا أن بعض الدلافين يمكنها السباحة بسرعة تصل إلى 55.5 كم/ساعة (34.5 ميل/ساعة). تستخدم الدلافين أسنانها المخروطية الشكل للإمساك بالفرائس سريعة الحركة. ولديها حاسة سمع متطورة تتكيف مع كل من الهواء والماء، وهي متطورة لدرجة أن بعضها يمكن أن يبقى على قيد الحياة حتى لو كان أعمى. تتكيف بعض الأنواع بشكل جيد للغوص إلى أعماق كبيرة. ولديها طبقة من الدهون، أو الشحم، تحت الجلد للحفاظ على الدفء في المياه الباردة. ويمكن أن يحد الطفو من سماكة طبقة الشحم، حيث أن العزل الأفضل عن طريق طبقة شحم أكثر سمكًا قد يجعل الحيوان أكثر طفوًا مما هو مثالي لتكاليف الطاقة للغوص. ويظهر هذا التأثير بشكل أكبر في الحيوانات الأصغر سنًا وصغارها حيث تكون نسبة مساحة السطح إلى الحجم أكبر.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
الدلفين الشائع قصير المنقار (دلفينوس دلفيس) معروف بقدرته على البحث عن الطعام في أعماق تصل إلى 260 مترًا لمدة 8 دقائق أو أكثر، ولكنه يبقى غالبًا فوق عمق 90 مترًا في غوصات تستمر حوالي 5 دقائق. ويمكن للدلفين المرقط المداري (ستينيلا أتينواتا) الغوص إلى ما لا يقل عن 170 مترًا، ولكن معظم الغوصات تكون بين 50 و100 متر وتستمر ما بين دقيقتين وأربع دقائق.
يمكن لحوت مرشد طويل الزعانف (جلوبيسيفالاس ميلاس) الغوص إلى ما بين 500 و600 متر لمدة تصل إلى 16 دقيقة. وتغوص حيتان الدحاس الشمالية إلى قاع البحر على عمق يتراوح بين 500 و1500 متر لأكثر من 30 دقيقة، وأحيانًا تصل المدة إلى ساعتين.
تغوص الحيتان البيضاء (دلفينابتروس ليوكاس) بشكل متكرر إلى أعماق تتراوح بين 400 و700 متر، وأعمق غوصة مسجلة كانت 872 مترًا، بمتوسط مدة 13 دقيقة وبحد أقصى 23 دقيقة، وتزداد مدة الغوص مع حجم الجسم. وتغوص حيتان كركدن البحر (مونودون مونوسروس) بشكل روتيني إلى 500 متر، وأحيانًا إلى 1000 متر أو أكثر، ولكنها غالبًا ما تكون في أعماق أقل.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الثدييات البحرية
في الغوصات الحرة إلى أعماق 60 مترًا و210 أمتار، انخفضت معدلات ضربات قلب دلفين قاروري الأنف من متوسط ما قبل الغوص الذي يتراوح بين 101-111 نبضة في الدقيقة إلى 20-30 نبضة في الدقيقة خلال دقيقة واحدة من بداية الهبوط، وبلغ متوسطها 37 و30 نبضة في الدقيقة خلال مراحل القاع للغوصات بعمق 60 مترًا و210 أمتار. وزادت معدلات ضربات قلب الدلافين أثناء الصعود. كانت معدلات ضربات القلب أثناء غوص هذه الدلافين السابحة بنشاط مشابهة لمعدلات ضربات قلب دلفين ساكن على عمق مترين، مما يدل على أن استجابة معدل ضربات القلب في الدلافين الغواصة يسيطر عليها استجابة الغوص وليس استجابة التمرين. خلال الصعود الأخير، زادت معدلات ضربات القلب بينما انخفضت معدلات ضربات الزعنفة الذيلية خلال فترات الانزلاق المطولة قرب نهاية الغوصة. ولا يعني عدم وجود دليل على استجابة التمرين بالضرورة عدم وجود تروية عضلية أثناء الغوص، حيث تشير الدراسات السابقة إلى ارتفاع مستويات نيتروجين العضلات بعد الغوص.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
تكيّفت الطيور المائية بشكل ثانوي لتعيش وتتغذى في الماء. وتغوص الطيور الغواصة في الماء لاصطياد طعامها. وقد تدخل الماء من الجو، مثلما يفعل البجع البني والأخرق، أو قد تغوص من سطح الماء. وبعض الطيور الغواصة، مثل طير الهسبيرورنيثس (طيور الغرب وأشباهها) المنقرض من العصر الطباشيري، كانت تدفع نفسها بأقدامها. وكانت هذه الطيور كبيرة، انسيابية، وغير قادرة على الطيران، ولها أسنان للإمساك بالفرائس الزلقة. واليوم، تُعدّ الغاقيات، والغواصات، والغطاسيات، هي المجموعات الرئيسية من الطيور الغواصة التي تدفع نفسها بأقدامها. وهناك طيور غواصة أخرى تدفع نفسها بأجنحتها، أبرزها طيور البطريق، والدنقلة، والاوكيات.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
وقد لوحظ تباطؤ مفاجئ في ضربات القلب في الطيور الغواصة أثناء الغمر القسري، بما في ذلك طيور البطريق، والغاقيات، وطيور الغلموت، وطيور البفن، وطيور الأوك ذات القرون. وتُظهر تروية الأعضاء أثناء تباطؤ ضربات القلب وتضيق الأوعية المحيطية في حالات الغمر القسري للبط نتائج مماثلة للفقمات، مما يؤكد إعادة توزيع تدفق الدم بشكل أساسي إلى الدماغ والقلب والغدد الكظرية. وينخفض معدل ضربات القلب أثناء الغوص الحر من مستوى ما قبل الغوص ولكنه لا ينخفض عادةً عن معدل ضربات القلب في حالة الراحة.
في الغاقيات التي تغوص بحرية، انخفض معدل ضربات القلب في بداية الغوص، واستقر عادة في العمق، ولكنه ازداد مرة أخرى في بداية الصعود، مع متوسط معدلات ضربات القلب أثناء الغوص مشابهة لتلك في حالة الراحة، ولكن التباين في معدل ضربات القلب وتضيق الأوعية يختلف بشكل كبير بين الأنواع، ويحدث تباطؤ حقيقي في ضربات القلب في طيور بطريق الإمبراطور في الغوصات الطويلة.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
تُظهر الطيور استجابات قلبية وعائية معقدة أثناء الغوصات الحرة. وتميل الطيور الغواصة القادرة على الطيران والتي لديها احتياطيات أكسجين تنفسي كبيرة وتركيزات ميوغلوبين منخفضة إلى الحفاظ على معدلات ضربات قلب مرتفعة نسبيًا أثناء الغوص، مع استجابة تمرين سائدة لتروية العضلات. وفي الغوصات الأكثر تطرفًا قد تحدث استجابة غوص كلاسيكية أكثر مع انخفاض معدلات ضربات القلب وزيادة تضيق الأوعية المحيطية. وفي طيور البطريق، التي لديها احتياطيات أكسجين تنفسي أصغر ولكن تركيزات ميوغلوبين أكبر بكثير، تبدأ معدلات ضربات القلب أثناء الغوص مرتفعة ولكنها تنخفض تدريجيًا مع زيادة مدة الغوص. ويستمر معدل ضربات القلب المرتفع هذا في بداية الغوص في تبادل الغازات مع احتياطيات الأكسجين التنفسي. وفي طيور البطريق الإمبراطورية، قد تكون التروية متغيرة في بداية الغوص، وقد تُروَى العضلات أو لا تُروَى. وقد تُفتَح تحويلات شريانية وريدية للسماح بتخزين أكسجين الدم الوريدي. ويجب أن تحد معدلات ضربات القلب المنخفضة للغاية في أعمق جزء من الغوصة من امتصاص النيتروجين، وتحافظ على أكسجين الدم، وتزيد من الأيض الأيروبي للعضلات بناءً على احتياطيات الأكسجين المرتبطة بالميوغلوبين.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
يجب على الطيور المائية التغلب على المقاومة الناتجة بين أجسامها والمياه المحيطة بها أثناء السباحة على السطح أو تحت الماء. وعلى السطح، تزداد مقاومة توليد الأمواج بشكل كبير عندما تتجاوز السرعة "سرعة الهيكل"، عندما يتساوى طول موجة القوس مع طول الجسم في الماء، لذلك نادرًا ما تتجاوز الطيور التي تسبح على السطح هذه السرعة. وتتبدد مقاومة توليد الأمواج مع العمق تحت السطح، مما يجعل السباحة تحت الماء أقل استهلاكًا للطاقة للحيوانات الغواصة الانسيابية جيدًا.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
يُستخدم حوالي 60% من جهد الغوص لدى البط للتغلب على الطفو و85% من الجهد للبقاء في العمق. ويُفقَد حوالي نصف الهواء المحبوس في ريشها. وتميل الطيور التي تغوص أعمق إلى حبس هواء أقل في ريشها، مما يقلل من طفوها المحتمل، ولكن هذا يمثل أيضًا خسارة في العزل الحراري، والتي يمكن تعويضها بالدهون تحت الجلد، مما يزيد من كتلة الجسم وبالتالي تكلفة الطاقة للطيران. وتتجنب طيور البطريق هذه المشكلة بفقدانها القدرة على الطيران، وهي الأكثر كثافة بين الطيور، حيث لديها عظام صلبة، وريش قصير ومتراص، وطبقة كبيرة من الدهون تحت الجلد، مما يقلل من جهد الغوص الذي يُبذَل ضد الطفو. ويعتبر الدفع بالقدم المعتمد على المقاومة التبادلية في الطيور الغواصة أقل كفاءة من رفرفة الأجنحة على شكل زعانف، والتي تنتج دفعًا في كل من الضربات العلوية والسفلية.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الطيور الغواصة
تغوص طيور البطريق الإمبراطورية بانتظام إلى أعماق تتراوح بين 400 و500 متر لمدة 4 إلى 5 دقائق، وغالبًا ما تغوص لمدة 8 إلى 12 دقيقة، ولديها قدرة تحمل قصوى تبلغ حوالي 22 دقيقة. وفي هذه الأعماق، يتسبب الضغط المتزايد بشكل ملحوظ في رضخ ضغطي للعظام المملوءة بالهواء التي تميز الطيور، لكن عظام البطريق صلبة، مما يزيل خطر الرضح الضغطي الميكانيكي على العظام.
أثناء الغوص، يقل استهلاك الأكسجين لدى طائر البطريق الإمبراطوري بشكل ملحوظ، حيث ينخفض معدل ضربات قلبه إلى ما يصل إلى 15-20 نبضة في الدقيقة وتُغلَق الأعضاء غير الضرورية، مما يسهل الغوصات الأطول. ويمكن للهيموغلوبين والميوغلوبين لديه أن يرتبطا بالأكسجين وينقلاه عند تركيزات الدم المنخفضة؛ وهذا يسمح للطائر بالعمل بمستويات أكسجين منخفضة جدًا كان من شأنها أن تؤدي إلى فقدان الوعي.
تُعدّ تكاليف الطاقة للسباحة على السطح والسباحة تحت الماء لدى طيور البطريق أقل من تكاليفها لدى البط الأكثر طفوًا، والأقل انسيابية، والأقل كفاءة في الدفع، حيث يسبح البط على السطح باستخدام أقدامه المكففة كمجاديف، بينما تسبح طيور البطريق تحت السطح مباشرة باستخدام أجنحتها كأجنحة مائية. وتبلغ تكلفة طاقة نقل كتلة معينة من الطيور لمسافة أفقية معينة على السطح حوالي ثلاثة أضعاف ما هي عليه لدى طيور البطريق. والبط شديد الطفو والجزء الأكبر من الطاقة التي تُبذَل في الغوص هو الطاقة التي تُنفَق في التغلب على الطفو والبقاء في القاع. وللبقاء ضمن حد الغوص الأيروبي المحسوب، يجب أن تكون مدة غوص البط قصيرة. ومن ناحية أخرى، فإن طيور البطريق الجنتو، والملكية، والإمبراطورية لديها مدة غوص قصوى تتراوح بين 5 و16 دقيقة، وأقصى عمق من 155 إلى 530 مترًا، الأمر الذي يتطلب معدل أيض غوصي يعادل الراحة على السطح للغوص ضمن الحدود الأيروبية. وتنخفض درجة الحرارة الداخلية لطيور البطريق الملكية والجنتو أثناء الغوص، مما قد يقلل من متطلبات الأكسجين.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الزواحف المائية
الزواحف البحرية هي زواحف تكيفت بشكل ثانوي لحياة مائية أو شبه مائية في بيئة بحرية. وحاليًا، من بين ما يقرب من 12,000 نوع ونوع فرعي من الزواحف الحية، يُصنف حوالي 100 فقط على أنها زواحف بحرية: وتشمل الزواحف البحرية الحية إغوانا البحر[الإنجليزية]، وثعابين البحر، والسلاحف البحرية، وتماسيح المياه المالحة.
ظهرت أولى الزواحف البحرية في العصر البرمي خلال حقبة الحياة القديمة. وخلال حقبة الحياة الوسطى، تكيفت العديد من مجموعات الزواحف مع الحياة في البحار، بما في ذلك سلالات مألوفة مثل الإكتيوصورات، والبليزوصورات، والموزاصوريات، والنوتوصورات، ولوحيات الأسنان، والسلاحف البحرية، والعظائيات المحيطية، والثالاتوسوكيات. وبعد الانقراض الجماعي في نهاية العصر الطباشيري، كانت الزواحف البحرية أقل عددًا، ولكن كان لا يزال هناك تنوع كبير من الأنواع في أوائل حقبة الحياة الحديثة، مثل السلاحف البحرية "الحقيقية"، والبوثريميات، وثعابين الباليوفيات، وعدد قليل من مفصولات الرقاب مثل سيمويدوصور والديراصوريات. وظلت أنواع مختلفة من التماسيح من فصيلة الجافياليات البحرية منتشرة حتى أواخر عصر الميوسين.
فسيولوجيا الغوص تحت الماء الزواحف المائية
بعض الزواحف البحرية، مثل الإكتيوصورات، والبليزوصورات، والثيروصوكيانات المتريورينكية، والموزاصوريات تكيفت بشكل جيد جدًا مع نمط الحياة البحري لدرجة أنها كانت غير قادرة على الخروج إلى اليابسة وكانت تلد في الماء. ويعود بعضها الآخر، مثل السلاحف البحرية وتماسيح المياه المالحة، إلى الشاطئ لوضع بيضها. كما أن بعض الزواحف البحرية تستريح أحيانًا وتتشمس على اليابسة. وتغوص ثعابين البحر والتماسيح وإغوانا البحر فقط في المياه القريبة من الشاطئ ونادرًا ما تغوص أعمق من 10 أمتار.