Экология: биология взаимодействия. 5.27. (дополнение) Давление на глубине: претерпевание и преодоление

Українська мова (найновіша версія) / російська версія (оновлення припинено)

5.26. (доповнення) Фактори, що впливають на розвиток організму

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 5. Аутекологія та основи середовищезнавства

6.01. Екологічна криза сучасності

5.27. (доповнення) Тиск на глибині: зазнавання та подолання
Іноді дії середовища настільки суворі, що їм практично неможливо чинити опір. Наприклад, це стосується тиску води на великій глибині.
Ми живемо під товстим шаром атмосфери й звикли не звертати уваги на її тиск, що становить приблизно 1 кг на см² поверхні (приблизно 10 м водяного стовпа). Але при зануренні на глибину тиск швидко зростає. На глибині 10 м він становить вже 2 атмосфери (одна — тиск повітря, інша — тиск десятиметрового стовпа води). Найбільша глибина океану перевищує 11 км, і аж до своїх найбільших глибин Світовий океан заселений тваринами, включаючи риб, ракоподібних, молюсків та голкошкірих. Як ви можете підрахувати, на цій глибині тиск перевищує 1 100 атмосфер, становлячи понад 11 тонн на квадратний сантиметр поверхні тіла. Чи може жива істота витримати такий тиск?
Уявіть собі, що ви опускаєте на глибину порожню (тобто заповнену повітрям) жерстяну банку. Зовнішній тиск в 1 100 атмосфер неминуче сплющить цю банку, зменшивши її об'єм у 1 100 разів. Виготовлення батискафів (глибоководних апаратів), що дозволяють витримати такий тиск, є винятково складним технічним завданням і вимагає значної товщини стінок та ілюмінаторів. А що відбудеться, якщо на таку саму глибину буде опущена така сама банка, але відкрита або хоча б з отвором? Нічого особливого! Вода під тиском заповнить банку, не змінивши її форми, адже зовнішній тиск на її стінки буде врівноважений внутрішнім. Глибоководні організми протистоять тиску завдяки тому самому механізму, що й відкриті банки — не чинячи опору його дії. Тканини організмів, що населяють нашу планету, мають водну основу. Вода під тиском практично не стискається. Зовнішній тиск на тканини глибоководних організмів врівноважується внутрішнім, і тому вони його не відчувають.
Чи можна вважати, що в такому разі перебування на великій глибині й на поверхні рівнозначні? Ні. При високому тиску прискорюються хімічні реакції й збільшується розчинність газів у воді. «Закипання» (утворення бульбашок газу) при зменшенні тиску відповідає не лише за «гру» газованої води у відкриваній пляшці, а й за роздування глибоководних риб, піднятих сітями на поверхню, і за кесонну хворобу акваланґістів.
А чи можна протистояти чудовищному тиску на глибині? Як не дивно, певною мірою можна. І здатний до цього кашалот — найбільший із зубатих китів, пристосований до полювання на глибоководних кальмарів. Найпомітніша риса зовнішнього вигляду кашалота — величезна голова. Вона займає до третини довжини тіла кашалота й збоку здається прямокутною через розташовану над верхньою щелепою ємність із воскоподібною речовиною — спермацетом. Назва цієї речовини пов'язана з тим, що в давнину її вважали китовою спермою (і припускали, що кашалот зберігає в голові величезний запас!). До речі, саме через спермацет кашалотів посилено винищували — він є винятково вдалою основою для парфумерії, забезпечуючи фіксацію (стійкість) запахів дорогих духів. Його справжнє призначення стало зрозумілим зовсім недавно.
У наземних чотириногих (включаючи людину) при пірнанні можуть виникати труднощі через наявність повітря в легенях. Адже перш ніж пірнути, ми робимо гарний вдих. Наповнені повітрям легені надають тілу позитивну плавучість, яку доводиться долати при зануренні. Але варто лише, інтенсивно працюючи кінцівками, опуститися глибше, ситуація змінюється. З огляду на те, що тиск десяти метрів водяного стовпа приблизно відповідає тиску в одну атмосферу, на цій глибині зовнішній тиск подвоюється, а об'єм легень зменшується вдвічі. Плавучість тіла стає від'ємною, і його тягне далі на глибину — а тут якраз треба спливати, долаючи цей ефект.
Кашалот систематично занурюється на глибину понад кілометр (зареєстрований рекорд — 2 200 м, і немає жодної впевненості в тому, що це межа його можливостей), щоб полювати там на гігантських кальмарів. Природно, для цього необхідно мати грудну клітку, що витримує більш ніж двохсоткратне зменшення об'єму (при значно меншому стисненні у людини або ребра почнуть ламатися, або легені почнуть відділятися від своїх оболонок). Але навіть за такої «складаної» грудної клітки кашалоту доводилося б і занурюватися, і спливати, долаючи сили, пов'язані з несприятливою плавучістю. Доводилося б, якби він не використовував ємність зі спермацетом. Ця речовина переходить у рідкий стан при температурі тіла й твердне, істотно збільшуючи свій об'єм, при невеликому зниженні температури. Перш ніж пірнути, кашалот посилює кровопостачання ємності зі спермацетом. Спермацет тане, голова кита зменшується в об'ємі й починає тягнути його на глибину. Кашалот занурюється. Коли настає час спливати, він охолоджує спермацет (чи то послаблюючи кровообіг, чи то набираючи в ніздрі «забортну» воду). Спермацет розширюється й збільшує об'єм голови, долаючи жахливий зовнішній тиск. Головою вперед кашалот злітає до поверхні, утримуючи в щелепах кальмара, що слабне…
Для батискафів і підводних човнів зміна плавучості пов'язана з витратою певних речовин — скиданням баласту, випусканням гасу з підвісних баків, витратою стисненого повітря на продування ємностей. Акваланґіст-ниряльник одягає на себе надмірно важкий вантажний пояс (який при потребі можна скинути) й урівноважує свою плавучість завдяки компенсатору — ємності, в яку він може додати повітря з балонів для дихання або «стравити» його. Кашалот же, змінюючи плавучість, витрачає лише енергію, отриману завдяки окисленню їжі, зловленої на глибині, киснем повітря, яке він черпає на поверхні. Чи можна не захопитися досконалістю цього пристосування?

5.26. (доповнення) Фактори, що впливають на розвиток організму

Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 5. Аутекологія та основи середовищезнавства

6.01. Екологічна криза сучасності