¿Cómo controlan la flotabilidad los mamíferos marinos?

Presumiblemente, cuando una ballena o una foca se sumerge, sus pulmones se comprimen por el aumento de la presión del agua y se vuelve menos flotante.

Según este modelo, para una cantidad dada de aire aspirado en la superficie, el animal tiene una profundidad D muy específica en la que tiene una flotabilidad neutra. Más profundo, y los pulmones se encogen, haciéndolos negativamente flotantes. Más superficial, y los pulmones se expanden, haciéndolo flotar positivamente.

En otras palabras, hasta que alcanza la profundidad D, el animal flota positivamente. Para llegar a la profundidad D, el animal tendría que hacer mucho trabajo nadando hacia abajo, luchando contra su propia flotabilidad.

La cantidad de aire que te mantiene con una flotabilidad neutra a 10 metros se inflará al doble de volumen una vez que salgas a la superficie, manteniéndolo inmóvil allí. Hablando como buceador, puedo decir que me llevaría mucho trabajo volver a sumergirme a 10 metros. (Desinflamos nuestros chalecos de aire en la superficie y los volvemos a inflar en profundidad desde nuestros tanques incompresibles, algo que los animales no tienen).

Para los buceadores muy profundos como los cachalotes, nadar contra la flotabilidad positiva parece un gran desperdicio de energía, del tipo que uno podría esperar que la evolución no tolere por mucho tiempo.

Entonces, ¿los mamíferos marinos hacen algo para compensar el efecto de la fluctuación del tamaño de los pulmones en su flotabilidad? Una conjetura es que en realidad exhalan completamente antes de bucear, lo que hace que la flotabilidad pulmonar sea un factor menor en la flotabilidad general del cuerpo. Otra suposición es que comprimen el aire con los músculos del pecho en la superficie para hundirse. Estas son solo conjeturas; Me encantaría escuchar la historia real.

Nautilus cae bajo los moluscos... esta Q es sobre mamíferos... totalmente diferente. mecanismo ... por lo que no puede estar relacionado ..
@souvikbhattacharya Escribí relacionado (no duplicado) como en un tema relacionado, no en un taxón.

Respuestas (2)

Por lo que puedo decir, los mamíferos marinos no pueden controlar dinámicamente la flotabilidad durante una inmersión . Facilitan el comienzo de la inmersión comenzando con un volumen pulmonar pequeño para reducir la flotabilidad.

Los pinnípedos como las focas hacen esto exhalando la mitad de su aliento antes de zambullirse .

Las ballenas que se sumergen profundamente en realidad respiran antes de sumergirse , pero, para empezar, sus pulmones son pequeños en relación con el tamaño del cuerpo . Esto hace que su flotabilidad superficial sea lo suficientemente débil como para nadar sin gran dificultad (a diferencia de los humanos).

A medida que se sumergen, sus pulmones se comprimen rápidamente con la profundidad:

V = Vs / (1 + D/10)

Ves el volumen pulmonar, Vses el volumen pulmonar en la superficie y Des la profundidad en metros.

A 90 m, los pulmones ya están al 10 % del volumen original. Muy pronto se han encogido lo suficiente como para que su efecto sobre la flotabilidad sea insignificante en comparación con la densidad de los tejidos incompresibles. Presumiblemente, estos tienen una flotabilidad casi neutra (aunque el hecho de que las ballenas muertas se hundan sugiere que tienen una flotabilidad ligeramente negativa).

Gracias a @souvik-bhattacharya por el enlace ucsc.edu.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este escenario se llama flotabilidad neutra, y es lo que tienen los mamíferos marinos, por lo que no necesitan energía para quedarse quietos en el agua, y tampoco les resulta particularmente difícil subir o bajar cuando lo desean.

Imagine un animal que es tan denso como una roca tratando de nadar hacia arriba en busca de aire, o uno que tiene una densidad baja, como un globo, tratando de sumergirse para encontrar comida; se necesitaría mucha más energía para contrarrestar esa fuerza de peso de flotabilidad neta (hacia arriba o hacia abajo) que si esa fuerza de peso de flotabilidad neta fuera 0. Entonces, al tener una flotabilidad neutra, los mamíferos marinos ahorran energía.

¿Y cómo logran una flotabilidad neutra?

Tienen más grasa en sus cuerpos (la grasa es menos densa que el agua), también ayuda que el agua salada sea un poco más densa que el agua pura, por lo que la fuerza de flotación es un poco más fuerte.

Así que... como predijiste... la flotabilidad neutra los ayuda, pero no inhalando una cantidad específica de aire... en cambio, se puede decir que esa es su propiedad inherente...

La flotabilidad neutra no es una "propiedad inherente" de ningún cuerpo blando que contenga un fluido comprimible (aire).
@SuperElectric, lo que quise decir es que no necesitan la ayuda de ningún componente externo como el aire para mantener su flotabilidad neutra ... también si me guío por los detalles técnicos ... durante una inmersión, el cuerpo de un mamífero prácticamente se vuelve incompresible con cavidades de aire, revestidas con plexos venosos, llenándose en profundidad, junto con los pulmones, obliterando así el espacio aéreo.
Los pulmones con un volumen Vs en la superficie tendrán un volumen V = Vs/(0,1 D) en la profundidad, donde D es la profundidad en metros. La fuerza de flotabilidad B es proporcional a V. Por lo tanto, es cierto que la flotabilidad se vuelve menos sensible a la profundidad a medida que se profundiza (lím D->inf dB/dD = 0). Entonces, para las profundidades operativas de, digamos, cachalotes, puede que no importe tanto... pero solo una vez que hayan alcanzado esa profundidad. Si desean lograr una flotabilidad neutra a 1000 metros, serán extremadamente flotantes a 0 metros, lo que hará que sea una tarea difícil nadar hasta esa profundidad. Esto parece un ejercicio aeróbico inútil.
Una solución sería exhalar tanto como sea posible antes de bucear, de modo que, para empezar, el volumen pulmonar V sea un pequeño componente de la flotabilidad general del cuerpo. Esto significa depender únicamente de las reservas de oxígeno disueltas en la sangre, que no se comprimirá. Sin embargo, esa es solo una suposición, y agradecería la opinión de más expertos.
Su conjetura es correcta y para obtener la opinión de expertos, consulte este artículo de investigación de la Universidad de California... bio.classes.ucsc.edu/bio131/Thometz%20Website/ ... ........ espero que esto ayude...
El único pasaje relevante parece ser "Los cetáceos parecen sumergirse en la inspiración, mientras que los pinnípedos generalmente se sumergen en la expiración", lo que realmente no responde a la pregunta de cómo las ballenas pueden bucear con los pulmones llenos de aire.
Bien, lo descubrí. Para empezar, los pulmones de las ballenas son pequeños: Catalyststudent.org.uk/dl/… Gracias por el enlace; lo usaré en la respuesta.
¿Cómo controlan la flotabilidad los mamíferos marinos?
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