Locomoción, Fisiología del Buceo y Órganos de los Sentidos Adaptaciones de los mamíferos al ambiente acuático: Locomoción, Fisiología del Buceo y Órganos de los Sentidos

Locomoción La fuerza de propulsión depende de la morfología del músculo implicado y el diseño mecánico del sistema esquelético.

Locomoción Los músculos producen una fuerza contráctil que se transmite a los tendones y a los elementos esqueléticos. La fuerza que los músculos pueden generar, es equivalente al número de fibras musculares que funcionan en paralelo.

Locomoción En los mm los músculos para la locomoción (axial, extremidades anteriores o ext. posteriores), están muy desarrollados.

Locomoción Para la inserción de la gran masa muscular, se requieren huesos fuertes y de mayor diámetro (tendencia a estar aplanados). Vertebras de gorila C-3 T-5 L-3

Locomoción Adaptaciones morfológicas dirigidas a: Mayor fuerza de propulsión:  Músculos desarrollados (mayor cantidad de fibras musculares), huesos fuertes, huesos cortos y aplanados.  Acortar huesos proximales. Alargar distales. Por el punto de la palanca. La F de salida es mayor en el oso y el lobo con respecto al perro.  Oso polar: Mayor masa muscular en la extremidad anterior.  Lobo marino: Mayor masa muscular y el mecanismo de palanca (Lin/Lout). Fout= (Fin*Lout)/Lin Lin Lout

Locomoción 2) Disminución de la resistencia: por Viscosidad o Presión Viscosidad (entre más viscoso el medio, más ancha es la capa de turbulencia pegada al cuerpo o superficie). flujo laminar relacionado con el tipo de superficie Piel lisa Pelo dirigido hacia atrás

Locomoción Disminución de la resistencia por: Presión Distribución de la presión sobre la forma del cuerpo El agua se mantiene más cerca del cuerpo en zonas anchas y forma turbulencia cuando se acerca al pedúnculo, provocando mayor resistencia.

Locomoción Forma del cuerpo: Ausencia de extremidades posteriores, pelo, orejas (o dirigidos hacia atrás) Órganos sexuales en pliegues Capa de grasa elimina lugares donde se pueden formar turbulencias

Forma del cuerpo y propulsión

Cetáceos Movimientos verticales de aleta caudal con músculos axiales muy desarrollados Espinas neurales y procesos transversos grandes Aletas pectorales: para maniobrar Aleta dorsal: estabilizador Mm más rápidos: velocidad sostenida a 36 km/h, máx. 100 km/h en orca

Sirenios Velocidad: Promedio 9 km/hr, máx. 25 km/h Movimientos verticales de aleta caudal Músculos axiales menos desarrollados, sólo hasta pedúnculo Espinas neurales cortas Menos eficiente en manatí que en dugongo Timón: caudal y pectorales en manatí, pectorales en dugongo

Otáridos Propulsión con aletas anteriores Dirección por cabeza y cuello Estabilizadores en aletas posteriores Velocidad de crucero: 9-27 km/h, máximo 45-54 km/h Desplazamiento en tierra: balancean cuello, alternan aletas anteriores y posteriores o jalan posteriores

Fócidos Propulsión por movimientos laterales de aletas posteriores Dirección con cabeza y cuello (poca maniobrabilidad), aletas anteriores en velocidades bajas Velocidad de crucero: 9 km/h, máximos 22-36 km/h En tierra: se arrojan hacia delante, usando aletas anteriores, y contrayendo el cuerpo

Odobénidos En agua como en focas. Velocidad de crucero: 9 km/h, máximo 29 km/h. En tierra: Como otáridos, pero con cuerpo cerca del piso Utilizan colmillos para enfrentarse (algunos textos mencionan que pueden anclarse en el hielo para salir del agua ???)

Nutrias Propulsión Velocidad de crucero: 4-5 km/h, máximo 9 km/h Parte ventral Parte dorsal Propulsión Dorsal: aletas posteriores (membranas interdigitales), movimiento de adentro hacia fuera. Ventral: movimientos verticales del cuerpo y empujan con aletas posteriores Velocidad de crucero: 4-5 km/h, máximo 9 km/h En tierra: Caminan o para avanzar rápido arquean espalda y saltan hacia el frente

Oso polar Propulsión: patas anteriores Dirección: cabeza y cuello Estabilizadores: patas posteriores

Fisiología del buceo Mamíferos marinos dependen del aire para buscar su alimento > buceo con apnea Flotabilidad relacionada con capa de grasa y densidad de huesos Buceadores profundos: pulmones chicos Pulmones ajustan flotabilidad: Nutria: doble de tamaño que mamíferos terrestres. Manatí: pulmones largos y en posición horizontal Ambos los usan para flotar, no son grandes buceadores.

Buceo profundo (¿todos?) Ejemplo de profundidad y tiempo de buceo: Foca de Weddell: 740m, 73 min Foca elefante: 1567m, hasta 77 min (más común: 30 min) Cachalote: 2000m, 60 min, 9 min en superficie Hyperodon ampullatus: 1500m, 120 min Beluga: 700m, 23 min Delfín común: 260m, 8 min Calderón: 600m, 16 min Ballena gris: 20m, 28 min (más común: 5m, 5 min) Ballena azul: 200m, 18 min (más común: 50m, 5 min) Ballena jorobada: 120m, 5 min (más común: 50m, 5 min) Lobo marino de California: 536m, 12 min (común: 75m, 4 min) Morsa: 100m, 20min (más común: <80m, <10 min) Sirenios: 20m, 5 min

Fisiología del buceo La mayoría de los mamíferos marinos no bucean más de 200m y no más de 5 min. Pipín Ferreras (2003): 171 m (con tren), 2’ 38’’, latido cardiaco 20/min (normal 120); en la ballena azul, en momentos de esfuerzo, es de tan sólo 18 a 20 latidos por min. William Trubridge (2009): 88 metros y un tiempo de inmersión de 3’ 30’’ (sin aletas). Aleix Segura (2017), apnea estática con ventilación e inspiración previa de oxígeno, 24’ 3’’. 

Fisiología del buceo Buceo profundo – grandes presiones. La mayoría de los mamíferos marinos no bucean más de 200m y no más de 5 min. Buceo profundo – grandes presiones. La presión en el agua aumenta 1 atmósferas cada 10 m de profundidad. 200 m corresponden a 21 atm ¿Cómo es que bucean por mucho tiempo? Almacenamiento de oxígeno Ahorro de oxígeno No saturación de nitrógeno

Almacenamiento de oxígeno El O2 se puede almacenar en pulmones, sangre (hemoglobina) y músculo (mioglobina)

Almacenamiento de oxígeno La mioglobina tiene mayor afinidad al O2 que la hemoglobina.

Almacenamiento de oxígeno Almacén de O2 variable según hábitos de buceo Mioglobina presente en un orden de magnitud mayor en los mamíferos marinos. Mayor volumen de sangre que en otros mamíferos: en focas, 22% de su peso; beluga, 13%; humanos sólo 8%

Ahorro de oxígeno Sangre se irriga a cerebro y corazón Bradicardia Circuito menor al de la circulación sistémica normal, por medio de AVA, o reduciendo el diámetro de la aorta, o arterias cercanas a la aorta. Bradicardia Control voluntario: se ajusta dependiendo de la duración, esfuerzo e intensidad del buceo.

Saturación de Nitrógeno Los tejidos se pueden saturar de N a ≥ 2 atm la presión aumenta 1 atm c/10m Si no se elimina el N de la sangre por medio de las descompresiones se produce la enfermedad de bends o enfermedad de descompresión El N sale de la sangre en forma de burbujas y se aloja en los tejidos provocando dolor y hasta la muerte. la saturación puede ocurrir después de una inmersión prolongada o inmersiones repetidas mayores de 10 m

Saturación de Nitrógeno ¿Cómo evitan la enfermedad de bends? No respiran (apnea), no intercambian gases a altas presiones. Adaptaciones de mm: Evitar tener aire en pulmones (focas exhalan todo el aire, en los demás se vacían los alvéolos por la presión). En los grandes buceadores existe mucho cartílago también alrededor de los alveolos. Aislamiento del aire en vías respiratorias inferiores, donde no ocurre intercambio, y no se colapsa por estar reforzado por cartílago. En los mamíferos terrestres el árbol bronquial se colapsa antes que los alveolos y el aire es forzado hacia los alveolos.

Fisiología del Buceo ¿Cómo soportan estas presiones? 1) Adaptaciones para permitir la compresión (cavidad toráxica). Costillas libres porque el esternón está ausente o reducido. Esternón fragmentado

¿Cómo soportan estas presiones? 2) Adaptaciones para evitar la entrada de agua al cuerpo debido a las altas presiones. Membranas musculares en orificios respiratorios. Oídos: Cetáceos: tapones de cerumen y desechos celulares. Pinnípedos: paredes gruesas vascularizadas.

Producción de sonidos Todos los mamíferos marinos pueden producir sonidos. Pinnípedos, nutrias, osos y probablemente los sirenios pueden producir sonidos en el aire (cuerdas vocales). Pinnípedos: en el agua, altas frecuencias (clicks). Los misticetos tienen laringe, pero no cuerdas vocales; producen sonidos por medio de los senos craneales. No todos tienen la capacidad de ecolocalizar.

Ecolocalización Característica de odontocetos, murciélagos, hamster, algunas musarañas, lémures voladores. Sonar - produce “clicks”: Distancia, posición, tamaño del objeto. PRODUCCIÓN DE SONIDOS EN ODONTOCETOS: Complejo de bolsa dorsal/labios de mono (BDLM): dos bolsas llenas de lípidos, embebidas en los labios fónicos (“labios de mono”), cartílagos, ligamentos y espacios de aire. Sonidos: Por paso forzado de aire a través de labios de mono hace vibrar el BDLM

Ecolocalización No demostrada en misticetos. Algunos pinnípedos producen clicks: ¿es ecolocalización?

Ecolocalización: envío de sonidos Sonido pasa por melón Melón: Lípidos de baja densidad que funciona como una lente acústica que da dirección al sonido.

Recepción de sonidos: Audición Recepción del sonido en mandíbula Ventana acústica (hueso pan) Grasa líquida en mandíbula-conexión con bula auditiva

Oído de mamífero

Audición Bula auditiva: hueso timpánico y periótico Misticetos Bula auditiva: hueso timpánico y periótico Oído medio dentro de la bula Odontocetos: Bula separada del cráneo por senos, suspendida con tejido conectivo Detección del sonido más precisa que en misticetos Odontocetos

Visión

Visión

Visión: ¿cómo es en el aire y el agua? En el agua: En el humano: hipermétrope En pinnípedos y cetáceos: normal En el aire: En el humano: normal En pinnípedos y cetáceos: miope

Visión: ¿cómo es en el aire y el agua? Nutria: Buena visión en ambos medios por músculo ciliar bien desarrollado. Sirenios: Hipermétrope en el agua.

Visión: adaptaciones Epitelio de la córnea quereatinizado Cristalino esférico Tapetum lucidum Retina gruesa, dominada por bastones Protección externa: glándulas lacrimales y de Harder (pinnípedos), sólo de Harder en cetáceos, membrana nictitante en sirenios y pinnípedos.