In den Truhen von Delfinen und Zahnwalen steckt ein anatomisches Rätsel: Ein Labyrinth aus winzigen, wurmartigen Blutgefäßen, die als "Thorax-Rete" bezeichnet werden und deren Zweck Wissenschaftler seit langem verwirrt hat. Joy Reidenberg, Anatomin an der Icahn School of Medicine in Mount Sinai, glaubt, sie habe herausgefunden, wofür sie da ist. Wenn sie recht hat, könnte es der Schlüssel zur Entwicklung eines Geräts sein, das den tödlichen Zustand verhindern kann, den alle Taucher befürchten: die Kurven.
Reidenberg ist einer von mehreren Forschern, die sich mit der Frage befassen, wie es Meerestieren gelingt, in die Tiefen der Ozeane abzutauchen und sicher aus diesen zurückzukehren. Und dieses wachsende Verständnis für die Anatomie von Delfinen, Walen, Schildkröten und Fischen lässt Träume aufkommen, die es menschlichen Tauchern ermöglichen, tiefer, schneller und sicherer in die Realität einzutauchen.
Reidenberg untersuchte 10 tote Delfine und Schweinswale, die an Land gestrandet waren, um die Verbindungen zwischen den mysteriösen Blutgefäßen und den übrigen Anatomien der Tiere nachzuvollziehen. Was sie fand, war ein Netzwerk, von dem sie vermutet, dass es als eine Art „Münzsortierer“ für Gase fungieren könnte, indem es die Stickstoffblasen, die sich beim Auftauchen von Tauchern bilden, einfängt, indem es sie in immer kleineren Gefäßen auffängt. Dies wiederum hindert sie daran, in Gelenke einzudringen und die Blutversorgung der Organe zu blockieren, was zu einer tödlichen Dekompressionskrankheit führen kann, auch bekannt als die Biegungen.
Sie muss diese Theorie noch vollständig testen, aber andere neuere Forschungen scheinen ihrer Idee Glaubwürdigkeit zu verleihen. Eine im April von Forschern der Woods Hole Oceanographic Institution und der Fundacion Oceanografic in Spanien veröffentlichte Studie ergab, dass die Lunge von Meeressäugetieren unter Druck komprimiert wird, sodass Stickstoffblasen nicht in die Blutbahn gelangen.
Beim Menschen ist das anders. Wenn Sie tiefer tauchen, löst sich der Stickstoff in der Luft, die Sie eingeatmet haben, mit zunehmendem Druck in Ihrem Blut auf. Steigen Sie zu schnell auf und der Stickstoff löst sich auf und bildet Gasblasen im Blutkreislauf, in denen er sich ausdehnt und sich in Gelenken und lebenswichtigen Organen festsetzt. Ohne Anpassung der Meeressäuger müssen Taucher langsam aufstehen, oft mit Pausen, um dieses Problem zu vermeiden. Auf diese Weise gelangen die Stickstoffblasen nach und nach vom Blut zur Lunge, wo sie an der Oberfläche ausgeatmet werden können - so, wie Sie eine Getränkedose vorsichtig und langsam öffnen, um die unter Druck entstandenen Gase abzulassen.
Um ihre Theorie der Rete-Funktion zu testen, pumpte Reidenberg eine seltzerartige Lösung durch die Adern eines Delfin-Kadavers und platzierte diesen Kadaver in einer Rekompressionskammer, die in einen CT-Scanner eingesetzt wurde. Wenn sie den Druck erhöht, um einen Tauchgang zu simulieren, lösen sich die Gase in der Flüssigkeit in der Blutbahn auf. Dann, wenn der Stickstoff während des simulierten Aufstiegs wieder als „Mikrobläschen“ auftaucht, würde der Brustkorb sie - hoffentlich - absaugen, um sie von lebenswichtigen Organen fernzuhalten, bis sie in Venen freigesetzt werden und die Lunge an der Oberfläche ausgeatmet werden kann .
"Wenn sie sich der Oberfläche nähern, werden die Blasen ausgeschieden und die Lunge kann sich wieder ausdehnen und die Blasen werden schließlich in die Lunge gepumpt", sagt Reidenberg. Die Rete würde als eine Art „Bypass-Schleife zum Auffangen dieses zusätzlichen Gases“ fungieren.
Eine kugelförmige Läsion in einer Rippe eines toten Pottwals, die wahrscheinlich durch Stickstoffblasen verursacht wurde, ist entstanden, als der Wal aus Hochdrucktiefen zu schnell aufstieg. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Wenn diese Funktion der Rete bewiesen ist, könnten die Risiken und Wartezeiten für menschliche Taucher verringert werden - indem im Wesentlichen eine externe Rete für Menschen geschaffen wird. Die Möglichkeiten sind bedeutend: Stellen Sie sich vor, Navy SEAL-Taucher machen verdeckte Operationen, sagt Reidenberg.  »Das Letzte, was Sie wollen, ist, dass sie ein paar Meter von der Oberfläche entfernt Enten sitzen und auf die letzte Dekompressionsstation warten, die die längste ist. Heutzutage könnten sie auf diesen Stopp verzichten, schneller auftauchen und riskieren, die Kurven zu bekommen. “
Wenn sie jedoch ein Gerät auf dem Rücken verstaut und über ein Blutgefäß in der Nähe der Hautoberfläche in ihr Kreislaufsystem eingehängt hätten, wäre der Tauchgang schneller und sicherer - sowohl aus gesundheitlicher als auch aus militärischer Sicht. Es wäre zunächst sperrig, aber laut Reidenberg nicht mehr als ein IV-System, an das ein Krankenhauspatient angeschlossen sein könnte.
Nicht jeder ist von der Zukunft eines solchen Gerätes überzeugt. „Seit Jahrzehnten beschäftigen sich die Menschen mit Tauchtieren und fragen sich, wie sie mit der Tiefe und dem Druck umgehen“, sagt Laurens Howle, ein Maschinenbauingenieur an der Duke University, der daran gearbeitet hat, die Schwere der Biegungen in verschiedenen Szenarien zu modellieren. Er sagt, Reidenbergs Theorien über die Rete seien interessant und könnten "der Fall sein", aber er merkte an, dass ein Unterschied zwischen Meeressäugern und Landsäugern darin bestehe, dass sie an der Oberfläche einen Atemzug machen, bevor sie tauchen. Währenddessen atmen wir kontinuierlich durch Lufttanks, wodurch wir mehr Stickstoff zur Verfügung haben, um Blasen zu bilden.
Was den sperrigen Prototyp angeht? "Ja, ich weiß nicht, dass ich das versuchen möchte", sagt Howle.
Interessanterweise sind Meeressäugetiere nicht immer erfolgreich darin, Kurven zu meiden. Jüngste Untersuchungen an Walskeletten haben ergeben, dass sogar Wale Knochenschäden erleiden können, die für die Kurven charakteristisch sind. Unerwartete Stressfaktoren wie Sonar werden als Hauptverursacher angesehen, da sie die Tiere schockieren, sich der Oberfläche zu nähern, wodurch sie ihre Lunge zu schnell dekomprimieren.
Anti-Bend-Ideen sind nicht die einzigen Dinge, die wir von solchen Tieren lernen können, wenn wir die nächste Generation der Tauchtechnologie entwerfen. Einer der größten Fortschritte, der von Meeressäugetieren inspiriert wurde, sind Flossen, die auf der Anatomie der Delfine basieren. Die „Monoflosse“ gibt es seit den 1970er Jahren und hat die Tauchzeiten für Freitaucher verkürzt, indem wir unsere umständlichen zwei Füße durch eine delfinähnliche Flosse ersetzt haben. Diese Flosse wurde seitdem mehrfach weiterentwickelt, um sie noch delphinartiger zu machen.
„Es sieht genauso aus wie der Schwanz von tauchenden Säugetieren wie Walen, Delfinen usw., da es eine sehr effiziente Möglichkeit bietet, Kraft von Ihren Muskeln in den Vorwärtsschub im Wasser zu übertragen. Deshalb hat sich die Natur dafür entschieden “, sagte Stephan Whelan, Erfinder der Online-Tauchgemeinschaft DeeperBlue.com.
Andere Flossen kopieren die Unebenheiten oder Knollen, die Buckel an ihren Flossen haben, wodurch der Luftwiderstand verringert und die Manövrierfähigkeit verbessert wird.
„Sie wurden in Windmühlen, Fans und einem McLaren-Rennwagen-Spoiler eingesetzt. Die britische Firma Zipp verwendete sie auf Fahrradrädern. Natürlich Flugzeuge. Speedo hat eine Trainingsflosse namens Nemesis hergestellt “, sagt Frank Fish, ein Biologe an der Universität von West Chester in Pennsylvania, der eine Reihe von biomimetischen Produkten entwickelt hat - Anwendungen, die von der Tierphysiologie inspiriert sind - einschließlich der Buckel-inspirierten Tuberkel. Es gibt neue Neoprenanzüge, die die überlappenden zahnähnlichen Dentikel der Haifischhaut kopiert haben, um den Luftwiderstand zu verringern, und Schutzbrillen, die kopieren, wie Fische und einige Blumen Wasser einfangen, um eine klarere Sicht zu schaffen.
Einige Tieranpassungen sind jedoch nicht nachahmbar. John Davenport, ein Meeresbiologe am University College Cork in Irland, hat herausgefunden, wie und warum die Trachien der Lederschildkröten, die beim tieferen Eintauchen der Tiere nach und nach kollabieren, so gebaut sind, wie sie sind. Er nennt die Struktur "im Grunde genommen eine alternative, 140 Millionen Jahre alte Evolution" der Atmungsstruktur von Meeressäugetieren. Aber er sagte: "Ich fürchte, ich kann keine offensichtliche Verwendung der Trachealstruktur des Lederrückens beim menschlichen Tauchen erkennen."
Das Kopieren der kollabierenden Lunge von Delfinen und Walen scheint ebenfalls unfruchtbar; Die menschliche Lunge ist klebrig und bläst sich nach dem Kollabieren nicht mehr leicht wieder auf.
Aber das könnte eine andere, vielleicht noch wertvollere Art sein, die Anatomie von Meeressäugern nachzuahmen.
Reidenberg ist immer noch auf der Suche nach finanziellen Mitteln, um ein Gerät zur Verhinderung von Biegungen zu finden. In der Zwischenzeit hat sie jedoch bereits begonnen, aus den Lungen der Tiere zu lernen. In einer neuen Zusammenarbeit hat sie gemeinsam mit anderen Forschern das Gefäßsystem eines fötalen Wals kartiert, um herauszufinden, wie die Lungen der Wale ihre Elastizität verändern und wie wir dies bei der Umkehrung von Lungenerkrankungen wie Emphysem beim Menschen anwenden können.
Dies ist eine weitere Möglichkeit für Meeressäugetiere, wie wir leichter atmen können - im Wasser und an Land.
