Binnen de kisten van dolfijnen en tandwalvissen is er een anatomisch mysterie: een doolhof van kleine, wormachtige bloedvaten genaamd de "thoracale rete", waarvan wetenschappers al lang verbijsterd zijn. Joy Reidenberg, een anatoom aan de Icahn School of Medicine van Mount Sinai, denkt dat ze weet waar het voor is. Als ze gelijk heeft, kan dit de sleutel zijn tot het ontwikkelen van een apparaat dat in staat zou zijn om de dodelijke toestand te voorkomen die alle duikers vrezen: de bochten.
Reidenberg is een van de vele onderzoekers wiens werk steeds nauwer wordt naar hoe mariene soorten erin slagen om te duiken naar - en veilig terug te keren - uit de diepten van de oceanen. En dat groeiende begrip van de anatomie van dolfijnen, walvissen, schildpadden en vissen brengt dromen over het toelaten van menselijke duikers om dieper, sneller en veiliger een beetje dichter bij de realiteit te duiken.
Reidenberg onderzocht 10 dode dolfijnen en bruinvissen die aan land waren gestrand om de verbindingen tussen de mysterieuze bloedvaten en de rest van de anatomie van de dieren te traceren. Wat ze vond was een netwerk waarvan ze vermoedt dat het zou kunnen werken als een soort 'muntsorteerder' voor gassen, waarbij de stikstofbellen die zich als duikers vormen, gevangen worden door ze in steeds kleinere vaten te vangen. Dit zorgt er op zijn beurt voor dat ze geen gewrichten binnendringen en de bloedtoevoer naar organen blokkeren, wat dodelijke decompressieziekte kan veroorzaken, ook wel de bochten genoemd.
Ze moet deze theorie nog steeds volledig testen, maar ander recent onderzoek lijkt geloofwaardig te zijn aan haar idee. Een studie gepubliceerd in april door onderzoekers van de Woods Hole Oceanographic Institution en de Fundacion Oceanografic in Spanje ontdekte dat de longen van zeezoogdieren zo onder druk samendrukken dat stikstofbellen uit de bloedbaan worden gehouden.
Het is anders bij mensen. Als je dieper duikt, zorgt toenemende druk ervoor dat de stikstof in de lucht die je inademt in je bloed oplost. Stijg te snel op en dat stikstof lost op om gasbellen in de bloedbaan te vormen, waar ze uitzetten en vast kunnen komen te zitten in gewrichten en vitale organen. Zonder aanpassingen van zeezoogdieren moeten duikers langzaam opstaan, vaak met pauzes, om dit probleem te voorkomen. Dat zorgt ervoor dat de stikstofbellen de tijd krijgen om zich langzaam van het bloed naar de longen te werken, waar ze aan het oppervlak kunnen worden uitgeademd - op de manier waarop je voorzichtig een blikje frisdrank opent om de gassen vrij te maken die zich onder druk hebben opgebouwd.
Om haar theorie over de functie van de rete te testen, zou Reidenberg een seltzer-achtige oplossing door de aderen van een dolfijnkarkas pompen en dat karkas in een recompressiekamer plaatsen die in een CT-scanner is ingebracht. Terwijl ze de druk verhoogt om een duik te simuleren, lossen de gassen in de vloeistof op in de bloedbaan. Vervolgens, terwijl de stikstof tijdens de gesimuleerde opstijging opnieuw begint op te duiken als "microbellen", zou het thoracale rete - hopelijk - afhevelen om ze uit de buurt van vitale organen te houden totdat ze kunnen worden vrijgegeven in aders waardoor de longen naar het oppervlak worden uitgeademd .
"Naarmate ze dichter bij het oppervlak komen, zouden de bellen worden weggegooid en zouden de longen zich opnieuw kunnen uitbreiden en de bellen uiteindelijk naar de longen worden gepompt, " zegt Reidenberg. De rete zou fungeren als een soort "bypass-lus om dat extra gas op te vangen."
Een sferische laesie gevonden in een rib van een dode potvis, waarschijnlijk veroorzaakt door stikstofbellen, ontstond toen de walvis te snel opstond uit hoge drukdieptes. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Als die functie van het rete wordt bewezen, kunnen de risico's en wachttijden voor menselijke duikers worden verminderd - door in wezen een extern rete voor mensen te creëren. De mogelijkheden zijn aanzienlijk: stel je voor dat Navy SEAL-duikers geheime operaties doen, zegt Reidenberg. “Het laatste wat je zou willen is dat ze eenden een paar meter van de oppervlakte zitten, wachtend bij de laatste decompressiestop, wat de langste stop is. Tegenwoordig zien ze af van die stop, komen ze sneller naar boven en riskeren ze de bochten te krijgen. '
Maar als ze een apparaat op hun rug zouden hebben, via een bloedvat in de buurt van het huidoppervlak in hun bloedsomloop vasthaken, zou de duik sneller en veiliger zijn - zowel vanuit een gezondheids- als vanuit militair oogpunt. Het zou in het begin omvangrijk zijn, maar, zegt Reidenberg, niet meer dan een IV-systeem waarop een ziekenhuispatiënt zou kunnen zijn aangesloten.
Niet iedereen is overtuigd van de toekomst van zo'n apparaat. "Mensen kijken al tientallen jaren naar duikdieren en vragen zich af hoe ze omgaan met de diepte en druk", zegt Laurens Howle, een werktuigbouwkundig ingenieur aan de Duke University die in verschillende scenario's heeft gewerkt aan het modelleren van de ernst van de bochten. Hij zegt dat de theorieën van Reidenberg over het rete interessant zijn en "het geval zou kunnen zijn", maar hij merkte op dat een verschil tussen zeezoogdieren en landzoogdieren is dat ze één adem aan de oppervlakte doen voordat ze duiken. Ondertussen ademen we continu door luchttanks, wat betekent dat we meer stikstof beschikbaar hebben om bellen te vormen.
Wat betreft het omvangrijke protoype? "Ja, ik weet niet dat ik dat zou willen proberen, " zegt Howle.
Interessant is dat zeezoogdieren niet altijd succesvol zijn als het vermijden van de bochten. Uit recent onderzoek naar walvisskeletten is gebleken dat zelfs walvissen botschade kunnen krijgen die kenmerkend is voor de bochten. Onverwachte stressoren zoals sonar worden verondersteld de belangrijkste boosdoener te zijn, die de dieren schokt om naar het oppervlak te snellen, waardoor ze hun longen te snel decomprimeren.
Anti-buigideeën zijn niet de enige dingen die we van dergelijke dieren kunnen leren bij het ontwerpen van de volgende generatie duiktechnologie. Een van de grootste ontwikkelingen die zijn geïnspireerd door zeezoogdieren zijn flippers op basis van de dolfijnanatomie. De "monovin" bestaat al sinds de jaren 1970 en heeft de duiktijd voor vrije duikers verkort door onze lastige twee voeten te vervangen door een dolfijnachtige staart. Er zijn sindsdien verschillende vorderingen gemaakt met die vin om hem nog dolfijnenachtiger te maken.
“Het lijkt op de staart van duikende zoogdieren zoals walvissen, dolfijnen, enz., Omdat het een zeer efficiënte manier is om kracht van je spieren over te dragen naar voorwaartse stuwkracht in het water. Vandaar dat de natuur het heeft geadopteerd, "zei Stephan Whelan, maker van de online duikgemeenschap DeeperBlue.com.
Andere vinnen kopiëren de hobbels, of knobbels, bultruggen op hun flippers, die de weerstand verminderen en de manoeuvreerbaarheid verbeteren.
“Ze zijn gebruikt in windmolens, fans, een McLaren-raceautospoiler. Het Britse bedrijf Zipp gebruikte ze op fietswielen. Vliegtuigen natuurlijk. Speedo produceerde een trainingsvin genaamd Nemesis, ”zegt Frank Fish, een bioloog aan de Universiteit van West Chester in Pennsylvania, die een aantal biomimetische producten heeft ontwikkeld - toepassingen geïnspireerd door dierfysiologie - inclusief de op bultrug geïnspireerde knobbeltjes. Er zijn nieuwe wetsuits die de overlappende tandachtige tandjes van haaienhuid hebben gekopieerd om luchtweerstand te verminderen, en een bril die kopieert hoe vissen en sommige bloemen water vasthouden om een duidelijker beeld te krijgen.
Sommige aanpassingen van dieren zijn echter niet na te bootsen. John Davenport, een marien bioloog aan het University College Cork in Ierland, heeft onderzocht hoe en waarom de trachia's van lederschildpadden, die geleidelijk instorten als de dieren dieper duiken, zijn gebouwd zoals ze zijn. Hij noemt de structuur "in feite een alternatieve, 140 miljoen jaar oude evolutie" van de ademhalingsstructuur van zeezoogdieren. Maar, zei hij: "Ik ben bang dat ik geen duidelijk gebruik van de lederen tracheale structuur in menselijk duiken kan zien."
Het kopiëren van de instortende longen van dolfijnen en walvissen lijkt ook onvruchtbaar; menselijke longen zijn plakkerig en blazen niet snel opnieuw op als ze zijn ingestort.
Maar dat kan een andere, misschien zelfs waardevollere manier zijn waarop we de anatomie van zeezoogdieren kunnen nabootsen.
Reidenberg is nog steeds op zoek naar financiering voor het nastreven van een apparaat om bochten te voorkomen, maar in de tussentijd is ze al begonnen met proberen te leren van de longen van de dieren. In een nieuwe samenwerking heeft ze samen met andere onderzoekers het vasculaire systeem van een foetale walvis in kaart gebracht in een poging te achterhalen hoe walvislongen hun elasticiteit veranderen en hoe we dat kunnen toepassen op het omkeren van longziekten zoals emfyseem bij mensen.
Het is nog een manier waarop zeezoogdieren ons kunnen helpen een manier te vinden om gemakkelijker te ademen - in het water en op het land.
