© Deep diving whales and other marine mammals such as these Pacific white-headed dolphins can experience the same painful and potentially life-threatening decompression sickness that plagues divers who emerge too fast. Photo: © Lance Wills, Woods Hole Oceanographic Institution
© In their study, the researchers took CT scans of a deceased dolphin, a seal and a domestic pig, which were pressurized in a hyperbaric chamber. Photo: © Michael Moore, Woods Hole Oceanographic Institution
© The team was able to see how the marine mammalian lung architecture generates two lung regions: one air-filled and the other collapsed. The researchers believe that the blood flows mainly through the collapsed region of the lungs. The Earth Pig did not show this structural adaptation, Photo: © Andreas Fahlman, © Woods Hole Oceanographic Institution
Wie können Meeressäuger die Taucherkrankheit vermeiden?
May 3, 2018
Die Lungenarchitektur von tief tauchenden Meeressäugern ist zweigeteiltTief tauchende Wale und andere Meeressäuger, aber auch Taucher, die zu schnell auftauchen, können die Dekompressionskrankheit bekommen. Eine neue Studie stellt nun Hypothesen auf, wie Meeressäuger die Dekompressionskrankheit vermeiden. Unter Stress, sagen die Forscher, könnten diese Mechanismen versagen. Das könnte die Strandungen von Walen infolge von Sonarlärm unter Wasser erklären.
Der Schlüssel ist die ungewöhnliche Lungenarchitektur von Walen, Delfinen und Großen Tümmlern (und möglicherweise anderen atmungsfähigen Wirbeltieren), die unter Druck zwei verschiedene Lungenregionen aufweisen. Forscher der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) und der Fundacion Oceanografic in Spanien haben ihre Studie kürzlich in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht.
"Da einige Meeressäuger und Schildkröten so tief und so lange tauchen können, waren Wissenschaftler lange Zeit verwirrt", sagt Michael Moore, Direktor des Marine Mammal Center am WHOI und Mitautor der Studie.
Wenn luftatmende Säugetiere in große Tiefen eintauchen, komprimieren sich ihre Lungen. Gleichzeitig kollabieren ihre Alveolen - winzige Säcke am Ende des Atemtrakts, in denen der Gasaustausch stattfindet. Stickstoffblasen bilden sich im Blutkreislauf und im Gewebe der Tiere, wenn sie auftauchen. Wenn sie langsam aufsteigen, kann der Stickstoff in die Lunge zurückkehren und ausgeatmet werden. Wenn sie jedoch zu schnell aufsteigen, haben die Stickstoffblasen keine Zeit, zurück in die Lunge zu diffundieren. Bei niedrigerem Druck in geringerer Tiefe dehnen sich die Stickstoffblasen im Blutkreislauf und im Gewebe aus und verursachen Schmerzen und Schäden.
Die Bruststruktur der Meeressäuger komprimiert ihre Lungen. Wissenschaftler haben angenommen, dass diese passive Kompression die wichtigste Anpassung der Meeressäuger ist, um die Aufnahme von übermäßigem Stickstoff in der Tiefe zu vermeiden.
In ihrer Studie machten die Forscher CT-Scans von einem toten Delfin, einer Robbe und einem Hausschwein, die in einer Überdruckkammer unter Druck gesetzt wurden. Das Team konnte sehen, wie die Lungenarchitektur der Meeressäuger zwei Lungenbereiche schafft: einen luftgefüllten und einen kollabierten. Die Forscher glauben, dass das Blut hauptsächlich durch die kollabierte Region der Lunge fließt. Dies führt zu einem sogenannten Ventilations-Perfusions-Missverhältnis, bei dem Sauerstoff und Kohlendioxid vom Blutkreislauf des Tieres aufgenommen werden, während der Stickstoffaustausch minimiert oder verhindert wird. Dies ist möglich, weil jedes Gas eine unterschiedliche Löslichkeit im Blut hat. Das zum Vergleich untersuchte Hausschwein zeigte diese Strukturanpassung nicht.
Dieser Mechanismus würde Wale und Delfine vor einer übermäßigen Stickstoffaufnahme schützen und damit das Risiko der Dekompressionskrankheit minimieren, so die Forscher.
"Übermäßiger Stress, wie er bei der Einwirkung von künstlichem Schall auftreten kann, kann dazu führen, dass das System versagt und Blut in die luftgefüllten Regionen fließt, was den Gasaustausch verbessern und den Stickstoffgehalt im Blut und im Gewebe erhöhen würde, wenn der Druck während des Aufstiegs sinkt", erklärt Daniel García-Parraga von der Fundacion Oceanografic, Hauptautor der Studie.
Wissenschaftler glaubten, dass tauchende Meeressäuger gegen die "Taucherkrankheit" immun seien. Bei einer Strandung im Jahr 2002 im Zusammenhang mit militärischen Sonarübungen wurde jedoch festgestellt, dass 14 Wale, die nach einer Strandung vor den Kanarischen Inseln starben, Gasblasen in ihrem Gewebe hatten - ein Zeichen für die Dekompressionskrankheit.
Mehr Informationen:
http://www.whoi.edu.