Denizel Memelilerin Akciğerleri Yüksek Basınca Nasıl Dayanıyor?

Balinalar, yunuslar ve foklar gibi deniz memelileri, okyanusta inanılmaz derinliklere dalabilir ve uzun süre su altında kalabilirler. Vücutlarının böylesi derinliklerde dayanması gereken muazzam basınç ve yoğun oksijen ihtiyacı göz önüne alındığında, bu, dikkate değer bir başarıdır. Derin okyanusun yüksek basıncı; akciğerlerine ve diğer iç organlarına zarar verebileceğinden, deniz memelileri için benzersiz bir zorluk oluşturur. Peki bu canlılar bu kadar zorlu koşullarda hayatta kalmayı nasıl başarıyor? Gelin, deniz memelileri fizyolojisinin büyüleyici dünyasına bir göz atalım.

Deniz Memelilerinin Solunum Adaptasyonları

Cuvier gagalı balinası (Ziphius cavirostris) gibi canlılar neredeyse 3.000 metreye kadar dalabilir, keza İspermeçet balinaları da 1000 ila 2000 metre arasındaki derin sularda sıklıkla bulunurlar.^[1] Ek olarak, genelde ortalama 1 saatten uzun süre boyunca su altında kalabilirler ve birçok deniz memelisi yüzeyde görece az zaman geçirir. Peki o zaman nefeslerini nasıl bu kadar uzun tutuyorlar dersiniz? İlk akla gelen cevap belki akciğerlerinin fazla büyük olmasıdır, ama aslında durum pek de öyle değildir. Hatta vücut büyüklüğüne oranla yapılan karşılaştırmalara göre insanların balinalardan daha büyük akciğerleri vardır.^[2]

Bu durumun başlıca sebeplerinden biri deniz memelilerinin karasal memelilere göre akciğerlerini daha etkili bir şekilde çökertip yeniden şişirebiliyor olmasıdır, yani dalış sırasında deniz memelileri akciğerlerini çökerterek hacimlerini ve içeride hapsolan hava miktarını azaltabilirler. Bu durum, daha derine dalarken artan basınçtan akciğerlerin zarar görmesini engellemeye yardımcı olur. Balina yüzeye doğru yükseldikçe ve dolayısıyla basınç düştükçe, akciğerlerin esnekliği onların hızla yeniden şişmesini sağlayarak düşük basınçlı bir ortam yaratır ve taze, oksijen açısından zengin hava içeri çekilir. Bu hızlı yeniden şişirme, deniz memelilerinin oksijen kaynaklarını hızlı bir şekilde yenilemelerine ve kesintisiz dalışlarına devam etmelerine olanak tanır.

Buna karşılık, insan akciğerleri bu kadar esnek değildir; sınırlı bir çökme ve yeniden şişme kabiliyetine sahiptir. Bu, biz insanlarda derin deniz dalışı sırasında olduğu gibi basınç çok hızlı değiştiğinde de akciğerlerde hasara neden olabilir.

Ayrıca deniz memelileri dalıştan hemen önce nefes verme eğilimindedir. Bu nedenle deniz memelilerinin ciğerlerini etkili bir şekilde çökertme ve yeniden şişirme yetenekleri, zorlu sualtı ortamında hayatta kalmalarını ve solunum sistemlerine zarar vermeden derin dalışlar yapmalarını sağlayan en önemli adaptasyonlardan biridir. Bu durumu mümkün kılan yapısal özellik ise deniz memelilerinin akciğerlerinin, karasal memelilerin akciğerlerinden daha fazla kıkırdağa sahip olmasıdır ve bu özellik akciğerlerinin daha elastik yapıda olmasını sağlar.^{[3], [4], [5]}

Bir yüzme havuzunun dibine daldığınızda, fark edebileceğiniz ilk şey kulaklarınızın ağrımasıdır. Bunun nedeni, kulaklarınızın içindeki hava ile sizi çevreleyen su arasındaki basınç farkıdır. Gaz olan hava sıkıştırılabilir, ancak sıvı olan su sıkıştırılamaz. Basınç her 10 metrede 1 atmosfer arttığı için dalış yapan deniz memelileri için alçaldıkları her on metrede bir başka bir basınç bir atm artar. Örneğin, 1.000 metre derinliğe dalan bir erkek deniz fili yüzeydekinin 100 katı basınca maruz kalır.

ABC News

Evrimsel süreçte çoğu deniz memelisi, dış kulaklarını ve sinüslerini kaybedecek şekilde evrimleşmiştir. Hava dolu kulakların olmaması, dalışlar sırasında değişen basınçtan kaynaklanan rahatsızlığı ortadan kaldırır.

Ancak örneğin deniz aslanları ve kürklü foklar gibi bazı deniz memelilerinde hâlâ kulak bulunur. Bu canlılarınsa dalış sırasında kulakları kanla dolar, bu da basıncı eşitlemeye ve iç kulak yapılarının zarar görmesini önlemeye yardımcı olur. Yani bir deniz aslanı veya kürklü fok suya daldığında vücutlarını çevreleyen basınç, her zaman olduğu gibi artar. Basınçtaki bu artışa karşı koymak için kan, kulaklarının içindeki hava boşluklarına akar ve orayı kanla doldurur. Bu işlem kalan havayı sıkıştırır ve kulağın içi ile dışarıdaki su arasındaki basıncı eşitleyerek hassas iç kulak yapılarının yaralanmasını önlemeye yardımcı olur.^{[6], [7]}

Orgeon State University

Vital kapasite, maksimum nefes alma ve maksimum nefes verme sonrasında ciğerlerde kalan hava miktarının toplamıdır. Yani, canlının ciğerlerine alabildiği en fazla hava miktarıdır. Deniz memelilerinde bu hacim insanlara göre daha fazladır ve her nefeste daha fazla karbondioksit dışarı atmalarına ve daha fazla temiz hava almalarına olanak tanır. Bu, uzun dalışlar sırasında bile vücutlarında oksijen ve karbondioksit dengesinin korunmasına yardımcı olur.

Bu canlılar aynı zamanda oksijeni çok dikkatli kullanırlar. Balinalar gibi deniz memelileri dalış yaptıklarında oksijeni korumak ve su altında geçirebilecekleri süreyi uzatmak için bir dizi fizyolojik değişikliğe uğrarlar. Bu değişikliklerden biri kalp atış hızındaki azalmadır. Balinalar kalp atış hızlarını yavaşlatarak vücutlarının tükettiği oksijen miktarını azaltabilir ve bu da onların su altında daha uzun süre kalmalarını sağlar.

Balinaların oksijeni muhafaza etmesinin bir başka yolu da kan akışını seçici olarak kalp, akciğerler, beyin ve bazı kaslar gibi temel organ ve dokulara yönlendirmektir. Bunu yapmak için kan damarlarının duvarlarını daraltırlar, bu da sindirim ve üreme sistemi organları gibi hayati olmayan organlara kan akışını azaltmaya yardımcı olur. Genel olarak, kalp atışlarını yavaşlatma ve temel organlara kan akışını yönlendirme yeteneği, balinalar gibi deniz memelilerinin oksijeni muhafaza etmelerine ve uzun süre su altında kalmalarına olanak tanıyan önemli bir adaptasyondur. Bu adaptasyonlar, mümkün olduğunca az enerji harcarken yiyecek aramak veya avcılardan kaçmak zorunda oldukları okyanus ortamlarında hayatta kalmaları için kritik öneme sahiptir.

Denizel memeliler vücutlarında oldukça fazla oksijen tutarlar. Bunun bir sebebi kanlarındaki alyuvar hücrelerinin miktarıdır. Alyuvarlar, aynı zamanda kana kırmızı rengini veren hemoglobin sayesinde kanda oksijen taşırlar. İnsan kanında alyuvarların oranı %40-45'tir. Ancak örneğin balinaların kanında alyuvar oranı %60 civarındandır ve bu nedenle de balinaların kanları çok koyu bir kırmızıdır. Fakat çoğu denizel memeli buna ek olarak kaslarında da oksijen depolar.

Balina kasları; kaslara belirgin, koyu bir renk veren, miyoglobin adı verilen ve yüksek düzeyde kırmızı olan bir protein içerir. Bu yüksek miyoglobin seviyesi, balinaların derin dalış için gerekli olan büyük miktarlarda oksijeni depolamasına olanak tanır.^[8] Bir balina daldığında, kaslarında depolanan oksijen yavaş yavaş tükenir ve en sonunda balina nefes almak ve oksijen kaynağını yenilemek için yüzeye çıkmak durumunda kalır. Balinaların kaslarında büyük miktarda oksijen depolayabilmeleri, daha derinlere dalabilmelerini sağlar. Derine daldıkça balinanın etraflarındaki basınç artar ve ciğerlerindeki havanın sıkışmasına neden olur. Ancak balinalar kaslarında depolanan oksijen sayesinde ciğerlerindeki hava sıkışsa bile metabolizmalarını çalıştırmaya ve vücut fonksiyonlarını sürdürmeye devam edebilirler.

Balinalardaki Hava Deliğinin Amacı ve Evrimi

Balinalardaki ilginç özelliklerden birisi de karasal memelilerdeki burun deliklerinin eşdeğeri olarak işlev gören hava deliğidir. Bununla birlikte hava deliği, sudaki yaşamı daha kolay kılan bazı önemli farklılıklara sahiptir.

Bir balina su altına daldığında, ciğerlerine su girmesini önlemek için hava deliğini sıkıca kapatır. Balina yüzeye çıktığında hava deliği açılır ve hava büyük bir güçle dışarı atılır. Bunun nedeni, az önce bahsettiğimiz üzere, vücudun içi ve dışı arasında bir basınç farkı oluşturan akciğerlerin hızlıca küçülmesi yani çökmesidir. Bu patlayıcı nefes verme eylemi insanlar tarafından genelde ilgi çekici bulunur. Dışarı çıkan hava akciğerlerden gelen sıcak hava, mukus ve solunum sisteminden gelen bakterilerin bir karışımıdır. Bu sıcak hava soğuk dış hava ile temas ettiğinde, sıcaklık değişimi nefesteki nemin su damlacıkları halinde yoğunlaşmasına neden olur. Bu nedenle, bir balinanın üflemesini bir su sisi veya püskürmesi olarak görürüz. Bu püskürmenin deniz suyundan değil, bunun yerine solunum sisteminden gelen sıcak hava, mukus ve bakterilerin bir karışımı olduğunu not etmek önemlidir. Bu olay balinanın ciğerlerinin ve solunum sisteminin dalış sırasında biriken fazla hava, mukus ve bakterilerden temizlenmesine olanak tanır.

ActiveWild

Hava deliğinin başlıca avantajlarından biri de balinanın kafasının üstünde yer almasıdır. Bu konumlandırma, balinanın hızlı bir nefes almak için hızla yüzeye çıkmasına olanak tanır. Buna karşılık, burun delikleri yüzün ön tarafında olsaydı balina nefes almak için kafasının tamamını sudan çıkarmak zorunda kalırdı. İlginç bir şekilde, Pakicetus gibi ilk balinaların karasal memelilere benzer şekilde yüzlerinin önünde burun delikleri vardı. Zamanla burun deliklerinin konumu kademeli olarak geriye doğru kaymıştır. Örneğin, Dorudon'un kafatasının ortasında bulunan burun delikleri vardı. Modern balinaların hava delikleriyle gözlerinin çok arkasındadır.

Hava deliğinin geriye doğru kaymasına rağmen, balinaların embriyo evresinde hava delikleri hâlâ kafalarının önünde bulunmaktadır. Canlı büyüdükçe, hava delikleri başlarının üzerinde daha yüksek bir konuma hareket eder.

Quora

Sonuç

Denizel memelilerin derin dalışlar ve su altında uzun süreler kalmak için geliştirdikleri adaptasyonlar oldukça ilgi çekicidir. Bu canlılar memeli olmalarına rağmen sulara oldukça iyi adapte olmuş; hatta katil balina gibi bazı türler, yaşadıkları ortamların en üst yırtıcıları konumuna gelmişlerdir.

Denizel memelilerinin adaptasyon ve evrimlerini anlamak, yalnızca bu inanılmaz canlıları daha iyi anlamamıza yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda su altı teknolojisinde yeniliklere ilham verme potansiyeli de gösteriyor. Kim bilir? Belki bir gün biz insanlar da derin denizin ezici basıncına uyum sağlama yeteneğine sahip olabilir ve yüzeyin altında yatan uçsuz bucaksız ve gizemli dünyayı keşfedebiliriz.

Ancak maalesef bu canlıların büyük çoğunluğu habitat kaybı, okyanus kirliliği ve küresel ısınma gibi sebeplerden ötürü tehlike altındadır.^[9] Bu deniz canlılarını korumak ve gelecek nesillerin, bugün yaşadığımız merak duygusunu yaşayabilmelerini sağlamaksa bizim elimizde.