Что происходит с телом кашалота во время глубокого погружения

Как кашалоты ныряют на глубину и проводят там десятки минут без нового вдоха? Перед погружением они запасают кислород в крови и мышцах, под водой меняют работу кровообращения и переносят сильное сжатие дыхательной системы. А охотиться в темноте им помогают эхолокационные щелчки.

На какую глубину ныряют кашалоты

Кашалот действительно проводит значительную часть кормового погружения далеко под поверхностью. Обычный глубокий нырок часто длится около 45 минут, а многие погружения достигают примерно 600 метров. Отдельные бывают заметно глубже и продолжительнее.

Для кашалота интереснее другое: огромное млекопитающее на одном вдохе уходит туда, где давление во много раз выше поверхностного, активно плавает, ищет добычу и затем возвращается за воздухом.

Кислород хранится не только в лёгких

Большие лёгкие сами по себе не сделали бы кашалота хорошим ныряльщиком. У глубоконыряющих морских млекопитающих особенно велики запасы кислорода вне дыхательной системы.

Два главных хранилища находятся в тканях:

• в крови кислород переносит гемоглобин;
• в мышцах его связывает миоглобин.

Миоглобин можно представить как местный кислородный запас мышцы. Он удерживает кислород прямо в ткани, которая будет работать во время плавания. Чем дольше животное остаётся под водой, тем важнее становится этот внутренний резерв.

Как организм экономит кислород

Запасти кислород мало – его ещё нужно растянуть на долгое погружение.

Под водой кашалот начинает расходовать кислород бережнее. Сердце может биться реже, а кровоток меняется так, чтобы прежде всего поддерживать органы, которые особенно плохо переносят нехватку кислорода.

Но организм не переключается одним щелчком в какой-то особый «режим экономии». Кашалот продолжает плыть, менять глубину и преследовать добычу, поэтому работа сердца и кровообращения зависит от того, что животное делает во время конкретного нырка.

Мышцам помогает собственный запас кислорода – тот, который удерживает миоглобин. Поэтому часть работы они могут выполнять, не забирая весь необходимый кислород из крови.

Что происходит с лёгкими под большим давлением

Чем глубже уходит кашалот, тем сильнее давление воды. Особенно заметно оно действует на части тела, заполненные газом.

Сильнее всего давление действует на воздух внутри тела. Чем глубже уходит кашалот, тем сильнее этот воздух сжимается, поэтому объём лёгких постепенно уменьшается.

Дыхательная система китообразных к этому приспособлена. На глубине воздух уходит из более мягких участков лёгких в более жёсткие дыхательные пути, а альвеолы постепенно сжимаются и могут почти полностью закрываться.

Точную глубину этого процесса нельзя назначить всем китам одной цифрой. Она зависит от строения дыхательной системы и объёма воздуха перед погружением.

Когда альвеолы сильно сжимаются, обмен газов между лёгкими и кровью уменьшается. Это помогает ограничить поступление азота в кровь на большой глубине.

Но полной защиты это не даёт. Организм ныряющих китов умеет хорошо справляться с давлением, хотя риск, связанный с растворёнными газами, полностью не исчезает.

Что помогает кашалоту нырять глубоко

Механизм	Что происходит	Зачем это нужно
Кислород в крови	Гемоглобин связывает и переносит кислород	Поддерживает работу органов во время задержки дыхания
Миоглобин в мышцах	Кислород хранится непосредственно в мышечной ткани	Даёт мышцам собственный запас во время погружения
Изменение кровообращения	Меняются сердечный ритм и распределение кровотока	Помогает дольше использовать имеющиеся запасы кислорода
Сжатие дыхательной системы	Заполненные воздухом участки уменьшаются с ростом давления	Помогает дыхательной системе переносить изменение давления и меняет газообмен
Эхолокация	Кашалот получает отражения собственных щелчков	Помогает искать добычу в темноте
Спермацет и плавучесть	Изменение температуры может менять плотность спермацета	Возможная помощь в регулировании плавучести – научная гипотеза

Помогает ли спермацет кашалоту погружаться

Огромная голова кашалота занимает около трети длины его тела. Внутри находится сложная система тканей и полостей. Одна из самых известных её частей – спермацетовый орган с воскообразными липидами.

В 1978 году биолог Малкольм Кларк подробно разработал гипотезу, связывающую спермацет с регулированием плавучести.

По этой модели во время погружения охлаждение спермацета может немного увеличивать его плотность. Голова становится тяжелее относительно воды, что могло бы помогать при спуске и приближении к нейтральной плавучести. Нагревание при подъёме должно действовать в обратную сторону.

Физические свойства спермацета допускают такой механизм. Но прямого подтверждения, что живой кашалот во время каждого погружения действительно управляет плавучестью именно таким способом, пока нет.

Другая функция носового комплекса изучена намного лучше. Он участвует в акустической системе кашалота: мощные эхолокационные щелчки проходят через структуры огромной головы и формируют направленный звуковой сигнал.

В документальном ролике National Geographic ниже показана классическая гипотеза: изменение свойств спермацета может помогать кашалоту регулировать плавучесть во время глубокого погружения. Механизм выглядит убедительно и физически возможен, но напрямую у ныряющего кашалота пока не доказан.

Документальное видео National Geographic о глубоких погружениях кашалота и возможной роли спермацета.

Как кашалот находит добычу в полной темноте

На глубине, где кормятся кашалоты, солнечного света мало или нет совсем. Охота там опирается прежде всего на звук.

Кашалот посылает мощный щелчок. Дальше происходит несколько шагов:

• звук распространяется в воде;
• часть сигнала отражается от добычи или другого объекта;
• эхо возвращается к животному;
• по задержке и особенностям отражения кашалот получает информацию об объекте впереди.

Во время поиска щелчки идут сравнительно размеренно. Когда кашалот уже близко к добыче, щелчки становятся очень частыми. Такие быстрые серии обычно появляются перед попыткой схватить добычу.

Основная пища кашалота – кальмары и другая глубоководная добыча. Гигантский кальмар известен больше всех, но кашалоты охотятся далеко не только на него.

Сколько длится глубокое погружение кашалота

Около 45 минут – хороший ориентир для глубокого кормового погружения кашалота. Это средняя величина, а не таймер, который срабатывает у каждого животного.

Многие кормовые нырки доходят примерно до 600 метров. Кашалоты способны погружаться глубже и оставаться под водой дольше, но экстремальные значения не описывают обычный день животного.

Часть времени уходит на спуск и подъём. На рабочей глубине кашалот активно ищет добычу, меняет направление и ускоряет серии эхолокационных щелчков при сближении с потенциальной жертвой.

Зачем кашалот снова возвращается на поверхность

Каким бы хорошим ныряльщиком ни был кашалот, под водой он не дышит. Кислородные запасы постепенно расходуются, а углекислый газ накапливается.

После подъёма животное некоторое время остаётся у поверхности и делает несколько дыхательных циклов. Кровь и мышцы снова получают кислород, после чего возможен следующий глубокий нырок.

Общая физиология вдоха, выдоха, дыхала и кислородных запасов подробнее разобрана в материале о том, как киты дышат.

Глубокое погружение кашалота держится сразу на нескольких приспособлениях: запасах кислорода в крови и мышцах, работе сердца и сосудов, особенностях дыхательной системы и эхолокации. Вместе они позволяют ему десятки минут оставаться под водой, охотиться на глубине и возвращаться к поверхности за новым вдохом.