Дыхательная система. Как дельфины спят? Правда и выдумки о сне дельфинов Млекопитающие дельфины как они вдыхают воздух

Дельфины — очень дружелюбные существа. Они издавна славятся своим изначально доброжелательным отношением к человеку. К тому же дельфины — очень романтичные создания; так, во всяком случае, они воспринимаются обыденным сознанием. Неудивительно, что им приписывают магические способности.

Кто такие дельфины? Дельфины - млекопитающие. 11 миллионов лет назад их предки вышли из воды на землю, посмотрели вокруг, ужаснулись, и вернулись обратно в воду. У них есть зубы, они теплокровные и кормят детенышей молоком.

Где живут дельфины? Они живут практически во всех морях и океанах нашей планеты: от самых северных холодных вод до Красного моря. Некоторые виды дельфинов живут в реках, такие как розовые дельфины Амазонки. А самый распространенный - бутылконосый дельфин или малая афалина - предпочитает теплые воды тропиков.

Как дельфины появляются на свет? Беременность афалины длится 12 месяцев, а малыш рождается хвостом вперед, с открывшимися глазами, развитыми органами чувств и достаточной координацией чтобы сразу после рождения следовать за матерью. После рождения, мать помогает ребенку подняться на поверхность, чтобы сделать первый в жизни вдох. Тесная связь между матерью и детенышем сохраняется от трех до восьми лет.

Как глубоко они могут нырять? Некоторые виды дельфинов вообще не ныряют на большие глубины, другие ныряют так же глубоко как киты. Афалины редко погружаются глубоко, часто оставаясь на глубинах рекреационного дайвинга - до 45 метров. Рекорд для атлантических афалин - 275 метров - этот дайв совершил специально подготовленный "военный” дельфин Таффи.

Как быстро дельфины могут плыть? Бутылконосые афалины обычно плывут со скоростью 4-11 км/час. Для этого они пользуются хвостовым плавником - самой сильной частью тела. Но при необходимости, они могут разгоняться до 32 км/час. Их тело имеет идеальную форму для движения в воде, поэтому они совсем не испытывают сопротивления. Уникально гладкая шкура также помогает плыть в толще воды, но именно поэтому они покрыты шрамами с детства.

Как дышат дельфины? Дельфины дышат воздухом. У них нет жабр, как у рыб, зато есть легкие и дыхало на верхней части туловища. Это же дыхало киты и дельфины используют, чтобы издавать различные звуки. Афалины обычно задерживают дыхание в среднем на 7.25 минуты. Но могут провести под водой до 15 минут.

Что они едят? Все дельфины питаются в основном различными видами рыбы и кальмаров, в зависимости от региона обитания. Им не все равно, что есть, и часто дельфины отдают предпочтение тому или иному виду рыбы. Их зубы и челюсти не предназначены для жевательных движений, и дельфины проглатывают рыбу целиком.

Дельфины умнее людей? Мозг афалины примерно того же размера, что и мозг человека. Но у слона мозг в 4 раза больше! Важен не размер мозга, а соотношение мозга головного и спинного, которое у дельфинов составляет 40:1, у человека 50:1, а у кошек, например, 5:1 (хотя, это не значит, что они глупые). Соотношения, как мы видим у человека и дельфина очень близкие. Но важно помнить, что дельфины живут в совершенной иной среде, которая требует других интеллектуальных способностей, скорости реакций и развития органов чувств. У них намного сильнее развиты слух, зрение и другие чувства, необходимые для жизни под водой.

Насколько большими могут быть дельфины? Самый большой дельфин в семействе - косатка. При рождении они достигают 2.5 метров и вырастают до 6 метров в длину. Афалины же меньше метра при рождении, и редко вырастают больше 2.5 метров.

Почему они издают разные звуки? Дельфины могут издавать различные звуки с помощью дыхала: свист, пульсирующий звук и щелчки. Свист используется для коммуникации. Различные пульсирующие звуки выражают эмоциональное состояние дельфинов: злость, испуг, волнение. Щелчки служат для определения направления - эхолокации. Это самые громкие звуки, которые издают морские животные под водой.

Почему они не замерзают в воде? Дельфины - теплокровные животные, их температура тела около 36,6 градусов, и им необходимо сохранять тепло в северных морях. Вода проводит тепло в 25 эффективнее воздуха, поэтому если мы долго сидим в воде, мы замерзаем намного быстрее, чем при той же температуре на воздухе. Дельфины сохраняют тепло благодаря большому жировому слою прямо под кожей. Кроме того, они способны контролировать кровообращение и обмен веществ для поддержания нормальной температуры тела.

Все дельфины одинаковые? Нет. Они все разные. Касатки, например, яркие, блестящие, черно-белые. Другие виды дельфинов могут быть черными или даже розовыми. Афалины бывают всех оттенков серого, но живот обычно намного светлее спины. Это позволяет афалинам быть менее заметными на поверхности воды.

Как долго они живут? Средняя продолжительность жизни дельфинов - 25 лет, хотя некоторые дельфины живут до пятидесяти. Часто их жизнь напрямую зависит от нас, нашей бездумной деятельности на просторах океана.

Наружный носовой проход имеет три клапана (один наружный и два внутренних) и две-три пары выростов, называемые назальными мешками. Первый клапан замыкает наружное дыхательное отверстие (дыхало) на период дыхательной паузы. Ниже клапана дыхала носовой проход слегка расширяется, по бокам которого, в вестибулярные (дорсальные) мешки открываются небольшие щелевидные отверстия. Вестибулярные мешки располагаются под кожным покровом и покрыты несколькими слоями мышц. Под вестибулярными мешками лежат тубулярные (трубчатые) мешки, имеющие вид трубки в форме полуэлипса, охватывающие носовой проход слева и справа. Вход в тубулярные мешки находится на 8-12мм ниже входа в вестибулярные. Вход в левый и правый мешки разделены кожистой перегородкой, косо поднимающейся вверх от перемычки костных ноздрей. На против входа в тубулярные мешки на передней стенки носового хода имеются два внутренних клапана (внутренние носовые пробки), которые разделены указанной выше кожистой перегородкой. Эти клапаны представляют собой мускульно-соеденительнотканные образования и имеют независимую мускулатуру, соединяющую их с межчелюстными костями и тканями лобного выступа. Своими свободными передней и нижней частями пробки закрывают костные ноздри и часть носового хода, расположенную между тубулярными и премаксиллярными мешками. Сразу под внутренними пробками располагается третья пара мешков - премаксиллярные. Они образуют две суживающиеся полости, направленные вперед. Их основанием являются премаксиллярные кости черепа, а дорсальные стенки образованны мышцами носовых пробок и служат основанием лобного выступа. Важно заметить так же, что после дыхательго акта закрываются сначала носовые пробки, а за тем уже клапан дыхала.

Гортань

Представляет собой изогнутую кпереди трубку, узкий передне-верхний конец находится под парным носоглоточным отверстием (хоанами), на уровне II-III шейных позвонков переходит в трахею. Гортань состоит из пяти хрящей, трех непарных (перстневидный, щитовидный, надгортанный) и одного парного хряща - черпаловидного. Гортань занимает в шейном отделе срединное положение, располагаясь ближе к вентральной поверхности. Основу вентральной и боковых стенок составляет щитовидный хрящ.

Перстневидный хрящ - непарный, массивный, является основой гортанного остова, т.к. с ним связаны все хрящи гортани, за исключением надгортанника. Надгортанник - непарный, самый массивный хрящ в гортанном скелете дельфинов. В гортани дельфинов надгортанник и черпаловидные хрящи формируют так называемую черпаловидно-надгортанниковую трубку, присущую только зубатым китам. Передние и боковые стенки черпаловидно-надгортанниковой трубки составляет надгортанный хрящ, заднюю стенку целиком образуют черпаловидные хрящи. Черпаловидно-надгортанниковая трубка вытянута вверх к парному носоглоточному отверстию купола глотки. Будучи окружена и постоянно удерживаемая мощным носоглоточным сфинктером, трубка располагается в полости глотки перпендикулярно и обеспечивает, таким образом, полное и постоянное разобщение дыхательного и пищеводного путей у дельфинов.

Следовательно, верхние дыхательные пути дельфинов имеют 2-а мускульных барьера, функционирующих как клапаны и изолирующих носовой ход от внешней среды: первый располагается в области надчерепного носового хода, второй в области входа в гортань. Клапан дыхала по отношению к указанным барьерам, играет по-видимому добавочную роль.

Трахея

Трахея и бронхиальное древо полосатого

продельфина (Stenella coeruleoalbus) .

Видна трахея, бронхи, так

же выше бифуркации виден трахеальный

(предаортальный бронх, вентилирующий

краниальную долю правого легкого.

(фото, вентральная сторона)

Короткая и широкая овальная трубка, обладающая высокой прочностью и устойчивостью к сжатию. Величина трахеи варьирует от вида, возраста и размера животного. Начинается она от каудального края гортани и направляется в грудную полость. На уровне III - IV грудных позвонков трахея, разделяясь на два бронха, образует бифуркацию. С правой стороны перед бифуркацией от трахеи отходит третий, трахеальный (пердаортальный) бронх (см. рис.). Трахея дихотомически делится на два главных бронха, осуществляющих вентиляцию всего левого и большей части правого легкого, за исключением краниальной доли, которая вентилируется трахеальным бронхом, отходящим от трахее выше бифуркации (см. рис.) По всей длине трахеи с дорсальной стороны и несколько левее от срединной линии к ней прилежит пищевод. С вентральной стороны, заходя на латеральную, трахею охватывают доли щитовидной железы. Остов трахеи представлен замкнутыми, анастомозирующими друг с другом хрящевыми кольцами. В верхней части трахеи дельфина обнаружен эпителий необычайной структуры: многослойный, поверхностные клетки плоские, в сокращенном состоянии клетки приобретают кубическую форму.

Главные бронхи

Подразделяются на две ветви второго порядка. Крупные бронхи представляют собой хрящевые трубки, хрящевые кольца имеются в главных бронхах и во всех бронхах до бронхов 5-го порядка. Далее сохраняются отдельные хрящи или замкнутые хрящевые кольца. Для бронхов дельфинов характерен магистральный тип ветвления. Альвеолярные перегородки в легком афалины очень толстые и по сравнению с человеком имеют хорошо выраженную коллагеновую интерстициальную ткань. Основу стенки всех внутрилегочных бронхов составляют хрящевые кольца и пластинки, соединенные фиброзно-мышечными и эластическо-мышечными тяжами. Слизистая оболочка большинства внутрилегочных бронхов выстлана многорядным цилиндрическим эпителием. Терминальные бронхи и последующие 2-3 генерации бронхов выстланы кубическим эпителием, не содержащим слизеобразующих клеток. В подслизистой бронхов и альвеолярных бронхиол имеются многочисленные мышечные волокна, образующих систему сфинктеров, делящих бронхи на ряд камер. Их число в одной из ветвей бронхиального дерева может достигать 40. Поверхность бронхиол выстлана эпителиальными клетками кубоидальной формы. Расположенные на некотором расстоянии друг от друга сфинктеры в мельчайших, входящих в альвеолы, бронхиолах полностью закрывают просвет последних. Открываются же они только во время дыхательного акта. Роль сфинктеров по-видимому заключается не в перекрытии просвет бронхиол, а наоборот, в удержании их открытыми до определенного уровня перепада давления. Ряд исследований дали основание считать, что основание назначение этик сфинктеров заключается в том, чтобы они во время ныряния создавали препятствие для проникновения в кровь избыточного количества азота, таким образом защищать организм дельфина от декомпрессионных расстройств.

Легкие

Микрофото легкого афалины T. truncatus. P - плевра, L - легкое, видны капилляры и хорошо различимы альвеолы.

Легкие дельфинов не разделены на крупные доли, представляя собой мешковидные образования с мелкодольчатым строением. Грозди альвеол с бронхиолами составляют мелкие дольки, 15 - 25 таких долек образуют крупные дольки. Правое легкое больше левого, оно длиннее и тяжелее. Масса легких дельфинов по отношению к массе тела (1,90 - 3,59% в зависимости от вида и возраста животного) значительно превышает таковую человека (0,7%).У наземных животных альвеолы отделены друг от друга тонкими перегородками, которые состоят из слоев альвеолярного эпителия и стенок капилляров, внутри которых движется кровь. Таким образом кровь омывает не одну альвеолу, а сразу несколько соседствующих друг с другом. У дельфинов же каждая альвеола имеет свою капиллярную сеть. Альвеолы крупные (200-250 Х 100-200мкм). Наличие в стенках альвеол эластической соединительной ткани и мышечных волокон способствует активному и быстрому освобождению альвеол от газов и заполнению им при вдохе.

Общая емкость легких афалины составляет 10 - 11 л (масса животного 130 - 170 кг) , морской свиньи 1,4 - 2,1 л (20 - 30 кг), тогда как человека 5 - 6 л (70 кг). Минутный объем дыхания в состоянии покоя для афалины составляет в среднем 14 - 16 л/мин, тогда как для человека это значение лежит в пределах 6 - 8 л/мин. Зависят эти показатели от массы животного, его физиологического состояния, возраста и пола.

Иногда мне кажется, что дельфины по развитию разума превосходят не только остальных животных на планете Земля, но и самих людей..

• Прежде всего они добрее людей и часто именно людей спасают.
• Могут играть между собой и общаться на дальних расстояниях с помощью ультразвуковых сигналов.
• Ну а система дыхания у них непосредственно связана с мозгом и именно в рабочем состоянии. Вот пример что система дыхания у дельфинов более совершенна, чем у людей.

Так что если сравнивать с людьми, то конкретно система дыхания у дельфинов зависит от мозговой деятельности. Ну а теперь более конкретно о системе дыхания дельфинов.

Система дыхания.

Прежде всего дельфины дышат воздухом. И как люди не могут извлекать кислород из воды. Но тем не менее они могут надолго задерживать дыхание. И это связано с устройством дыхательной системы Вот картинка где располагается дыхательная система дельфина.

Дело в том, что дыхало у дельфинов отделено от пищевода и за счет специальных мышц закрывается и открывается только во время выдоха и вдоха. Вот почему они так долго могут задерживать дыхание под водой и также под водой питаться.

А теперь перейдем к очень интересным вопросам.

• Сколько можно находиться на аппарате искусственного дыхания?

Ученые неспроста называют интеллектуалами моря. И дело совсем не в том, что мозг весит больше, чем мозг человека. Ученые определили – дельфины придумывают себе , знают, как зовут сородичей. Более того, они способны разговаривать о ком-то третьем, называя его по имени. На никто, кроме человека такими возможностями не обладает.

Кроме того, исследования показали, что язык дельфинов, как и человеческий, подразделяется на звуки, слоги, слова, предложения простые и сложные и абзацы.

В том, что касается , дельфины намного превосходят людей. Они могут вести диалог, будучи в километре друг от друга. А в случае необходимости способны услышать другого и за 20 км.

Тело дельфина чрезвычайно функционально. Передние плавники выполняют функции руля, а задний действует как гребной винт. Они способны развивать скорость 60-65 км/час.

Парадокс Грея, и не только

Профессор Грей, специалист по биомеханике, подсчитал: чтобы развивать столь значительные скорости при том сопротивлении, которое вода оказывает любому движущемуся предмету, дельфины должны быть раз в 7 сильнее.

Объяснить парадокс Грея попытался Макс Камерон. Он считал, что все дело в эластичной коже дельфина. Известно, что все объекты при движении в воде, создают вихревые потоки, на погашение которых уходит много энергии.

Дельфин не создает вихревых потоков, он как бы ввинчивается в воду. А его кожа обладает уникальными свойствами - она саморегулируется, и может в любой момент изменять свою упругость на каком либо участке тела. При взаимодействии с водой эти свойства способствуют приглушению турбулентности непосредственно рядом с телом животного.

Позже профессор Хагивара, сотрудник Киотского Института Технологий, выяснил, что весь наружный слой кожи дельфинов полностью обновляется каждые два часа. Проведенные испытания позволили установить, что частицы сбрасываемого слоя кожи разрушают образующиеся вихревые потоки и приглушают турбулентность воды. Но даже это не способно однозначно объяснить, почему дельфины способны развивать такую высокую скорость.

В конце концов, выяснилось, что Грей все же ошибался, и дельфины сильнее, чем он думал. Например, у бутылконосого дельфина удар хвоста в 10 раз мощнее, чем это предполагалось ранее.

Дельфины могут также, довольно глубоко нырять. Тренированная атлантическая афалина способна погружаться на глубину до 300м и оставаться под водой в течение 12-15 минут.

Как же животное, которое дышит кислородом, может обходиться без него столь долго? Оказывается, ткани тела дельфина способны накапливать кислород. В случае необходимости, организм животного использует эти ранее накопленные запасы.

Подобно всем млекопитающим, дельфины дышат воздухом. Воздух входит и выходит в основном через дыхало, расположенное в верхней части головы. Мы не видели ни одного животного, которое дышало бы ртом. Однако мы получили данные, что дельфины могут выпускать воздух из легких через рот и даже издавать при этом звуки ртом в воздушной среде.

Путь воздуха от дыхала к легким довольно сложен. Дыхало расположено непосредственно перед лбом животного. Впереди дыхала находится большой лобный выступ, лежащий на верхней челюсти и состоящий из сети коллагеновых волокон, заполненной жировой тканью.

Таким образом, истинный лоб животного скрыт за дыхалом и расположен далеко позади выступающего внешнего «лба». (Ф. Дж. Вуд высказал предположение, что лобный выступ может функционировать как звуковая линза.)

Дыхало дельфина соответствует носу человека, с той разницей, что оно сдвинуто по направлению ко лбу и повернуто отверстием вверх. У края дыхала имеется язык ("носовой" клапан) и своя передняя наружная «губа», движением которых животное управляет примерно так же, как мы управляем движениями наших губ и языка. В самом дыхале ниже первых двух воздушных мешков, над нижними воздушными мешками, расположены две внутренние «губы», регулирующие просвет дыхательных путей; особенно широко они открыты во время выдоха и вдоха. Функция воздушных мешков и «губ», по-видимому, состоит в том, чтобы:

1) собирать воду, входящую через открытое дыхало в конце вдоха,

2) изгонять эту воду при закрытых нижележащих сфинктерах,

3) хранить запас воздуха и перегонять его из мешка в мешок, чтобы издавать звуки в воде или в воздушиой среде.

Когда животное хочет издать звуки в воздушной среде, оно может выдуть воздух через дыхало, пропуская его между «языком» и наружной «губой». Оно может также открыть наружный клапан дыхала и «губу» и использовать внутренние «губы» - при этом возникают громкие звуки, напоминающие вой сирены и крики толпы на стадионе. Очевидно, оно может также использовать мешки и «губы» для свиста.

Во время вдоха и выдоха вся эта система широко открыта выше того места, где воздухоносные пути разделяются надвое костной перегородкой. Во время вдоха носоглоточный сфинктер, по-видимому, удерживает гортань (однако это еще не доказано).

Сама гортань открывается, а черпаловидные хрящи отходят друг от друга. Тем самым создается канал для прохождения воздуха через глотку в трахею. Черпаловидные хрящи гортани могут перекрывать воздухоносные пути, отделяя трахею от верхнего носового хода.

Гортань может быть полностью отделена и от носоглотки при помощи мышц глотки, прикрепляющихся к подъязычной кости. При этом она будет опускаться и изгонять воду из верхних отделов бронхиального дерева и трахеи в рот. Однако обычно при дыхании и фонации гортань соединяется с носоглоткой.

Что происходит с гортанью во время глотания, пока не известно. Считают, что ее продолжает удерживать носоглоточный сфинктер. Я же предполагаю, что гортань освобождается из сфинктера и лежит, уплощенная, на дне глотки в течение всего акта глотания. Черпаловидные хрящи очень велики и имеют длинные отростки, которые соприкасаются друг с другом по средней линии. Может быть, именно эти отростки черпаловидных хрящей обусловливают короткие звуки дельфиньего сонара, напоминающие скрип двери, а также «человекоподобные» звуки. Однако это еще надлежит выяснить.

Трахея у дельфина широкая и короткая; трубка от респиратора (диаметром 2,8 сантиметра) как раз соответствует ее диаметру. Мы установили, что длина трахеи составляет всего лишь 5 сантиметров и что она делится на три (или даже на четыре) крупных бронха, которые почти сразу разветвляются на более мелкие. Стенки трахеи и бронхов (за исключением бронхиол) снабжены хрящевыми кольцами. Когда режешь легкие ножом, чувствуешь довольно-таки сильное сопротивление этой хрящевой ткани. Альвеолы у дельфина гораздо крупнее, чем у человека, имеют в диаметре 1–3 миллиметра и хорошо видны невооруженным глазом. По-видимому, вся дыхательная система приспособлена для чрезвычайно быстрого опорожнения и наполнения легких. Активная фаза дыхательного акта длится всего лишь 0,3 секунды. За этот короткий промежуток времени животное выдыхает, а затем вдыхает 5-10 литров воздуха.

При прохождении воздуха через дыхательную систему во время активной фазы, очевидно, возникает очень много завихрений, что обеспечивает полное перемешива ние газов, возможно даже в альвеолах. Между активными фазами существует довольно большой промежуток времени, в течение которого в крупных альвеолах жи вотного происходит обмен газов путем диффузии. Обычно этот промежуток составляет приблизительно 20 секунд.