不断发展深潜

David Aldridge是英国南安普敦国家海洋学中心的爱好浮游植物的海洋生物学博士生。也是的创始人和编辑 海洋中的单词,该网站致力于发布有关海洋科学的博客文章和功能。我们已邀请David在DSN上为我们做客座。请享用!

我们确信,我们之前都曾在游泳池或海洋中进行过尝试,您可以屏住呼吸,在水下潜水,并尝试尽可能游动,以模仿您在海底看到的那条虎鲸。海洋世界。经历了一段终生难忘的经历,但实际上是可怜的30秒钟的肺部灼伤痛苦之后,在跑步机上跑步10分钟后,您像Newt Gingrich一样冒出了氧气。您问自己:“沙木到底是怎么做到的?”海洋哺乳动物如何屏住呼吸这么长时间的关键—象海豹和抹香鲸要花一个多小时—大部分位于肌肉中,肌肉充满了肌红蛋白。肌红蛋白是血红蛋白的近亲;和大多数近亲一样,它确实善于表现自己的劣等关系。它猛烈地吸吮并保持氧气,并且在氧气匮乏后不易受到酸性环境的损害。这正是潜水生物所需要的。我们的肌肉中也有肌红蛋白,但是海洋哺乳动物的肌红蛋白量是我们的30倍以上。通常,哺乳动物肌肉中的肌红蛋白越多,它可以“屏住呼吸”的时间就越长。

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肌红蛋白的3D计算机模型,它是一种氧结合分子,可以帮助海洋哺乳动物长时间屏住呼吸。

由英国利物浦大学的Scott Mirceta领导的一组科学家对模型进行了建模 肌红蛋白的进化史 在过去的2亿年中他们表明,随着海洋哺乳动物的进化,肌肉中肌红蛋白的数量不仅增加,而且肌红蛋白的电荷也越来越多(“粘性”降低),因此能够更好地相互排斥并发挥作用,而仍然向肌肉输送大量氧气。科学家还设法估计了在许多海洋哺乳动物的进化祖先中发现了多少肌红蛋白。该研究为陆生哺乳动物的海豚,鲸鱼,海豹和海狮的进化提供了许多见解。—很像你或我在游泳池里抽氧气—到今天的光头潜水员。

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与现在已灭绝的祖先相比,现代海洋哺乳动物的潜水能力(由肌红蛋白表面电荷表示)(来源:Mirceta等,2013)。

已证明现代Paenungulate的祖先(包括大象,海牛和儒艮的类群)是六千四百万年前进入海洋的第一批陆地哺乳动物。在将水作为家之后,增加体型是一个巨大的进化优势,可以使生物体潜入更长的时间(更大的生物体可以存储更多的肌红蛋白,并且具有较低的新陈代谢)。这就是为什么许多海洋哺乳动物比其陆地亲属大得多的原因之一。

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我们认为大象很大,但是海洋哺乳动物认为大象微弱而脆弱。

一个发现可能并不奇怪,那就是今天的鲸鱼,海豚,海豹和海象的祖先首次进入海中时肌红蛋白水平较低。他们在任何持续的时间里潜水都会非常无用,几乎肯定可以觅食,然后在浅水区进行日常工作。一些生物,例如海牛,从未真正改变过。直到今天,它们的肌肉中肌红蛋白浓度仍很低,并以浅水海草为食,注意它们的存在。但是那些开始用肌红蛋白包扎肌肉的生物体能够潜入更深和更长的时间,并在此过程中为自己提供了一个全新的觅食机会。它们从在表层附近觅食的低氧动物演变成高度精炼的深海奇观,能够屏住呼吸长达一个小时或更长时间,并能在表层以下数百至数千米处潜水。他们所需要的只是数百万年的发展。不幸的是,您和我没有那么多时间。在缺乏“肌红蛋白掺杂”文化的情况下(不要笑, 骑自行车的人已经在谈论它了!), 下次我们下水时,我们似乎不得不弥补我们可悲的30秒水下痛苦。

M博士( 1801帖子 )

Craig McClain is the Executive Director of the Lousiana University Marine Consortium. He has conducted deep-sea research for 20 years and published over 50 papers in the area. He has participated in and led dozens of oceanographic expeditions taken him to the Antarctic and the most remote regions of the Pacific and Atlantic. Craig’s research focuses 上 how energy drives the biology of marine invertebrates from individuals to ecosystems, specifically, seeking to uncover how organisms are adapted to different levels of carbon availability, i.e. food, and how this determines the kinds and number of species in different parts of the oceans. Additionally, Craig is obsessed with the size of things. Sometimes this translated into actually scientific research. Craig’s research has been featured 上 National Public Radio, Discovery Channel, Fox News, 国家地理 and ABC News. In addition to his scientific research, Craig also advocates the need for scientists to connect with the public and is the founder and chief editor of the acclaimed Deep-Sea News (http://jiaxiangsuji.com/), a popular ocean-themed blog that has won numerous awards. His writing has been featured in Cosmos, Science Illustrated, American Scientist, Wired, Mental Floss, and the Open Lab: The Best Science Writing 上 the Web.


2 Replies to “不断发展深潜”

  1. 现在,您让我想知道是什么控制了海洋哺乳动物呼吸的冲动。因为肌红蛋白会’减慢血液中二氧化碳的积累,对吗?

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