All'interno delle casse di delfini e balene dentate c'è un mistero anatomico: un labirinto di piccoli vasi sanguigni simili a vermi chiamati "rete toracica", il cui scopo ha a lungo sconcertato gli scienziati. Joy Reidenberg, anatomista presso la Icahn School of Medicine del Monte Sinai, pensa di aver capito a cosa serve. Se ha ragione, potrebbe essere la chiave per sviluppare un dispositivo in grado di prevenire la condizione mortale che tutti i subacquei temono: le curve.
Reidenberg è uno dei numerosi ricercatori il cui lavoro si sta restringendo su come le specie marine riescono ad immergersi nelle profondità degli oceani e tornare in sicurezza. E quella crescente comprensione dell'anatomia di delfini, balene, tartarughe e pesci sta portando i sogni di consentire ai subacquei umani di immergersi più in profondità, più velocemente e in modo più sicuro un po 'più vicini alla realtà.
Reidenberg ha esaminato 10 delfini e focene morti che erano bloccati a terra per tracciare le connessioni tra i misteriosi vasi sanguigni e il resto delle anatomie degli animali. Ciò che trovò fu una rete che sospetta potesse funzionare come una sorta di "smistatore di monete" per i gas, intrappolando le bolle di azoto che si formano come i subacquei riemergono catturandole in navi sempre più piccole. Questo a sua volta impedisce loro di entrare nelle articolazioni e di bloccare l'afflusso di sangue agli organi, che può causare una malattia da decompressione letale, ovvero le curve.
Deve ancora testare completamente questa teoria, ma altre ricerche recenti sembrano dare credito alla sua idea. Uno studio pubblicato ad aprile dai ricercatori del Woods Hole Oceanographic Institution e della Fundacion Oceanografic in Spagna ha scoperto che i polmoni dei mammiferi marini si comprimono sotto pressione in modo tale che le bolle di azoto vengano tenute fuori dal flusso sanguigno.
È diverso negli umani. Mentre ti immergi più in profondità, l'aumento della pressione fa sì che l'azoto nell'aria che hai respirato si dissolva nel sangue. Aumenta troppo rapidamente e l'azoto si dissolve per formare bolle di gas nel flusso sanguigno, dove si espandono e possono rimanere bloccati nelle articolazioni e negli organi vitali. Senza adattamenti dei mammiferi marini, i sub devono sollevarsi lentamente, spesso con pause, per evitare questo problema. Ciò consente alle bolle di azoto di spostarsi gradualmente dal sangue ai polmoni, dove possono essere espirate in superficie - il modo in cui avresti lentamente aperto lentamente una lattina di soda per rilasciare i gas che si sono accumulati sotto pressione.
Per testare la sua teoria della funzione della rete, Reidenberg pomperebbe una soluzione simile a un seltzer attraverso le vene di una carcassa di delfino e posizionerebbe quella carcassa all'interno di una camera di ricompressione che è stata inserita in uno scanner CT. Mentre aumenta la pressione per simulare un'immersione, i gas nel fluido si dissolverebbero nel flusso sanguigno. Quindi, mentre l'azoto inizia a riemergere come "microbolle" durante la risalita simulata, la rete toracica, si spera, li sifonerebbe per tenerli lontani dagli organi vitali fino a quando non possono essere rilasciati nelle vene portando i polmoni ad essere espirati in superficie .
"Man mano che si avvicinano alla superficie, le bolle verrebbero espulse e i polmoni sarebbero in grado di espandersi nuovamente e le bolle alla fine pomperebbero ai polmoni", afferma Reidenberg. La rete funzionerebbe come una sorta di "circuito di bypass per catturare quel gas in più".
Una lesione sferica trovata in una costola di un capodoglio morto, probabilmente causata dal cappello di bolle di azoto che si è formata quando la balena si è alzata troppo rapidamente dalle profondità ad alta pressione. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Se tale funzione della rete fosse dimostrata, i rischi e i tempi di attesa per i subacquei umani potrebbero essere ridotti, creando, essenzialmente, una rete esterna per gli umani. Le possibilità sono significative: immagina i subacquei della Navy SEAL che fanno operazioni sotto copertura, dice Reidenberg. “L'ultima cosa che vorresti è che fossero seduti anatre a pochi metri dalla superficie, in attesa dell'ultima sosta di decompressione, che è la fermata più lunga. Al giorno d'oggi, potrebbero rinunciare a questo arresto, emergere più velocemente e rischiare di ottenere curve.
Ma se avessero un dispositivo nascosto dietro la schiena, agganciato al loro sistema di circolazione attraverso un vaso sanguigno vicino alla superficie della pelle, l'immersione sarebbe più rapida e sicura, sia dal punto di vista sanitario che militare. All'inizio sarebbe ingombrante, ma, dice Reidenberg, non più di un sistema IV a cui un paziente ricoverato potrebbe essere agganciato.
Non tutti sono convinti del futuro di un tale dispositivo. "Le persone guardano da anni gli animali da immersione chiedendosi come affrontano la profondità e la pressione", afferma Laurens Howle, un ingegnere meccanico della Duke University che ha lavorato per modellare la gravità delle curve in diversi scenari. Dice che le teorie di Reidenberg sulla rete sono interessanti e "potrebbero essere il caso", ma ha notato che una differenza tra i mammiferi marini e quelli terrestri è che prendono un respiro in superficie prima di immergersi. Nel frattempo, respiriamo continuamente attraverso i serbatoi d'aria, il che significa che abbiamo più azoto disponibile per formare bolle.
Per quanto riguarda il voluminoso protoipo? "Sì, non so che vorrei provarlo", dice Howle.
È interessante notare che i mammiferi marini non sempre riescono a evitare le curve. Una recente ricerca sugli scheletri di balene ha rivelato che anche le balene possono avere il danno osseo caratteristico delle curve. Si ritiene che i principali fattori di stress inattesi come il sonar siano i principali colpevoli, scuotendo gli animali per accelerare verso la superficie e indurli a decomprimere i polmoni troppo rapidamente.
Le idee anti-piegamento non sono le uniche cose che possiamo imparare da tali animali quando progettiamo la prossima generazione di tecnologia subacquea. Uno dei più grandi progressi ispirati dai mammiferi marini sono le pinne basate sull'anatomia dei delfini. La "monopinna" è in circolazione dagli anni '70 e ha ridotto i tempi di immersione per i sub liberi sostituendo i nostri due piedi scomodi con un colpo di fortuna simile a un delfino. Da allora ci sono stati molti progressi su quella pinna per renderla ancora più simile ai delfini.
"Sembra proprio la coda di mammiferi che si tuffano come balene, delfini, ecc., In quanto fornisce un modo molto efficiente di trasferire la potenza dai muscoli alla spinta in avanti nell'acqua. Ecco perché la natura l'ha adottato ", ha dichiarato Stephan Whelan, creatore della comunità di immersioni online DeeperBlue.com.
Altre pinne copiano le protuberanze, o tubercoli, che le megattere hanno sulle pinne, che riducono la resistenza e migliorano la manovrabilità.
“Sono stati utilizzati in mulini a vento, fan, uno spoiler della macchina da corsa della McLaren. La società britannica Zipp li ha usati su ruote da bici. Aeroplani, ovviamente. Speedo ha prodotto una pinna da allenamento chiamata Nemesis ”, afferma Frank Fish, biologo dell'Università di West Chester in Pennsylvania, che ha sviluppato una serie di prodotti biomimetici - applicazioni ispirate alla fisiologia animale - tra cui i tubercoli di ispirazione megattera. Ci sono nuove mute che hanno copiato i dentini sovrapposti simili a denti della pelle di squalo per ridurre la resistenza, e occhiali che copiano il modo in cui pesci e alcuni fiori intrappolano l'acqua per creare una visione più chiara.
Alcuni adattamenti di animali, tuttavia, non sono imitabili. John Davenport, biologo marino presso l'University College di Cork in Irlanda, ha lavorato per capire come e perché le trachie di tartaruga marina, che crollano progressivamente mentre gli animali si tuffano più in profondità, sono costruite così come sono. Definisce la struttura "sostanzialmente un'alternativa alternativa di 140 milioni di anni" alla struttura respiratoria dei mammiferi marini. Ma, ha detto, "Temo di non riuscire a vedere un uso ovvio della struttura tracheale con il dorso di cuoio nelle immersioni umane."
Anche la copia dei polmoni che collassano di delfini e balene sembra infruttuosa; i polmoni umani sono appiccicosi e non si rigonfiano facilmente dopo che sono collassati.
Ma quello potrebbe essere un altro, forse anche più prezioso, modo in cui possiamo imitare l'anatomia dei mammiferi marini.
Reidenberg è ancora alla ricerca di finanziamenti per perseguire un dispositivo di immersione che prevenga curve, ma nel frattempo ha già iniziato a cercare di imparare dai polmoni degli animali. In una nuova collaborazione, ha collaborato con altri ricercatori per mappare il sistema vascolare di una balena fetale nel tentativo di capire come i polmoni delle balene cambiano la loro elasticità e come possiamo applicarlo per invertire le malattie polmonari come l'enfisema nell'uomo.
È un altro modo in cui i mammiferi marini potrebbero aiutarci a trovare un modo per respirare più facilmente, nell'acqua e sulla terra.
