Di dalam dada ikan lumba-lumba dan ikan paus bergigi terdapat misteri anatomi: sebuah maze kecil, seperti saluran darah cacing yang disebut "retik toraks, " yang tujuannya telah lama membingungkan saintis. Joy Reidenberg, ahli anatomi di Sekolah Perubatan Icahn Mount Sinai, fikir dia sudah tahu apa itu. Jika dia betul, ia boleh memegang kunci untuk membangunkan peranti yang akan dapat mencegah keadaan maut yang semua penyelam takut: selekoh.
Reidenberg adalah salah satu daripada beberapa penyelidik yang kerjanya menyempitkan bagaimana spesies laut berjaya menyelam ke dan selamat kembali dari kedalaman lautan. Dan pemahaman yang semakin meningkat tentang anatomi lumba-lumba, ikan paus, kura-kura dan ikan membawa impian untuk membolehkan penyelam manusia menyelam lebih mendalam, lebih cepat dan lebih selamat sedikit lebih dekat dengan realiti.
Reidenberg memeriksa 10 ikan lumba-lumba dan porpoise mati yang terkandas di darat untuk mengesan hubungan antara saluran darah misterius dan sisa anatomi haiwan. Apa yang dia dapati ialah rangkaian yang disyakinya boleh berfungsi sebagai sejenis "penyusun duit syiling" untuk gas, menjejaskan gelembung nitrogen yang terbentuk sebagai penyelam semula dengan menangkapnya dalam kapal kecil dan kecil. Ini seterusnya menghalang mereka daripada memasuki sendi dan menyekat pembekalan darah ke organ, yang boleh menyebabkan penyakit penyahmampatan maut, seperti selekoh.
Dia masih perlu menguji sepenuhnya teori ini, tetapi penyelidikan baru-baru ini seolah-olah memberi kepercayaan kepada ideanya. Satu kajian yang diterbitkan pada bulan April oleh para penyelidik di Institut Oceanografi Woods Hole dan Fundacion Oceanografic di Sepanyol mendapati bahawa paru-paru mamalia laut memampatkan di bawah tekanan sedemikian rupa sehingga gelembung nitrogen tersimpan dari aliran darah.
Ia berbeza dengan manusia. Sebagai anda menyelam lebih mendalam, tekanan yang semakin meningkat menyebabkan nitrogen di udara yang anda nafas untuk membubarkan darah anda. Bangkit terlalu cepat dan nitrogen tidak larut untuk membentuk buih gas di dalam aliran darah, di mana mereka berkembang dan boleh terjebak dalam sendi dan organ penting. Tanpa penyesuaian mamalia marin, penyelam perlu meningkat secara perlahan-lahan, selalunya dengan rehat, untuk mengelakkan masalah ini. Yang membolehkan masa gelembung nitrogen untuk secara beransur-ansur berjalan dari darah ke paru-paru, di mana mereka boleh dihembus di permukaan-cara yang anda akan berhati-hati, perlahan-lahan membuka soda boleh untuk melepaskan gas yang dibina di bawah tekanan.
Untuk menguji teorinya mengenai fungsi rete, Reidenberg akan mengepam penyelesaian seperti seltzer melalui pembuluh darah bangkai ikan lumba-lumba dan letakkan bangkai itu di dalam ruang pengulangan yang telah dimasukkan ke dalam pengimbas CT. Semasa dia meningkatkan tekanan untuk mensimulasikan menyelam, gas-gas dalam bendalir akan larut ke dalam aliran darah. Kemudian, apabila nitrogen mula muncul semula sebagai "microbubbles" semasa pendakian simulasi, retas toraks itu - semoga - menyedutnya untuk menghindarkan mereka dari organ-organ penting sehingga mereka boleh dibebaskan ke vena yang membawa paru-paru yang dihembuskan di permukaan .
"Apabila mereka semakin dekat ke permukaan, gelembung akan dihancurkan dan paru-paru akan dapat berkembang semula dan gelembung akhirnya dipam ke paru-paru, " kata Reidenberg. Rete akan bertindak sebagai sejenis "gelung pintasan untuk menangkap gas tambahan itu."
Lesi sfera yang terdapat pada tulang rusuk paus sperma yang mati, mungkin disebabkan oleh topi gelembung nitrogen yang terbentuk ketika ikan paus meningkat dengan cepat dari kedalaman tekanan tinggi. (Tom Kleindinst / Woods Hole Oceanographic Institution) Sekiranya fungsi rete itu terbukti, risiko dan masa tunggu untuk penyelam manusia dapat dikurangkan-dengan membuat, pada asasnya, rete luar untuk manusia. Kemungkinan besar: Bayangkan penyelam SEAL Tentera Laut melakukan op rahsia, kata Reidenberg. "Perkara terakhir yang anda mahukan adalah untuk mereka duduk bebek beberapa meter dari permukaan, menunggu di hentian penyahmampatan terakhir, yang merupakan perhentian terpanjang. Pada masa kini, mereka mungkin melepaskan perhentian itu, melangkah lebih cepat dan mengambil risiko. "
Tetapi jika mereka mempunyai peranti yang tersangkut di belakang mereka, disambungkan ke sistem peredaran mereka melalui saluran darah berhampiran permukaan kulit, menyelam akan lebih cepat dan selamat-baik dari perspektif kesihatan dan ketenteraan. Ia akan menjadi besar pada mulanya, tetapi, kata Reidenberg, tidak lebih daripada sistem IV pesakit hospital mungkin terkena.
Tidak semua orang yakin tentang masa depan peranti sedemikian. "Orang ramai telah melihat haiwan menyelam selama beberapa dekad mengingati bagaimana mereka berurusan dengan kedalaman dan tekanan, " kata Laurens Howle, seorang jurutera mekanikal di Duke University yang telah bekerja untuk memodelkan keparahan selekoh dalam senario yang berbeza. Beliau berkata teori Reidenberg tentang rete itu menarik dan "boleh berlaku, " tetapi dia menyatakan bahawa perbezaan antara mamalia laut dan daratan adalah bahawa mereka mengambil satu nafas di permukaan sebelum menyelam. Sementara itu, kami bernafas terus menerus melalui tangki udara, yang bermaksud kami mempunyai lebih banyak nitrogen yang tersedia untuk membentuk gelembung.
Adapun protoype besar? "Ya, saya tidak tahu bahawa saya mahu mencuba itu, " kata Howle.
Menariknya, mamalia marin tidak selamanya berjaya kerana mengelakkan selekoh. Penyelidikan baru-baru ini mengenai rangka ikan paus telah mendedahkan bahawa walaupun paus boleh mendapatkan ciri-ciri kerosakan tulang dari selekoh. Penekanan yang tidak dijangka seperti sonar dianggap sebagai penyebab utama, mengejutkan binatang-binatang ke arah mempercepatkan permukaan, menyebabkan mereka mengecilkan paru-paru mereka dengan cepat.
Idea anti-bends bukanlah satu-satunya perkara yang kita boleh belajar dari haiwan tersebut ketika mereka merancang teknologi penyelaman generasi akan datang. Salah satu kemajuan terbesar yang diilhami oleh mamalia marin adalah flippers berdasarkan anatomi lumba-lumba. "Monofin" telah wujud sejak tahun 1970-an dan telah mengurangkan masa menyelam untuk penyelam bebas dengan menggantikan dua kaki kita yang canggung dengan kebetulan seperti lumba-lumba. Terdapat beberapa pendahuluan pada sirip itu sejak itu untuk menjadikannya lebih seperti lumba-lumba.
"Ia kelihatan seperti ekor mamalia menyelam seperti ikan paus, ikan lumba-lumba, dan sebagainya, kerana ia menyediakan cara yang sangat berkesan untuk memindahkan kuasa dari otot anda ke dalam teras ke hadapan di dalam air. Oleh itu, kenapa alam telah menerimanya, "kata Stephan Whelan, pencipta komuniti menyelam dalam talian DeeperBlue.com.
Lain-lain sirip menyalin benjolan, atau tubercles, humpbacks ada pada sirip mereka, yang mengurangkan seret dan meningkatkan daya bergerak.
"Mereka telah digunakan dalam kincir angin, peminat, spoiler kereta perlumbaan McLaren. Syarikat UK Zipp menggunakannya pada roda basikal. Airplanes, tentu saja. Speedo menghasilkan sirip latihan yang dipanggil Nemesis, "kata Frank Fish, seorang ahli biologi di University of West Chester di Pennsylvania yang telah membangunkan beberapa produk biomimetri - aplikasi yang diilhami oleh fisiologi haiwan - termasuk tubercles terinspirasi humpback. Ada wetsuits baru yang telah menyalin dentikel seperti gigi yang tumpang tindih kulit jerung untuk mengurangkan seretan, dan kacamata yang menyalin bagaimana ikan dan beberapa bunga merebak air untuk membuat pandangan yang lebih jelas.
Sesetengah penyesuaian haiwan tidak dapat ditiru. John Davenport, seorang ahli biologi marin di University College Cork di Ireland, telah berusaha untuk mengetahui bagaimana dan mengapa trachias kura-kura penyu semula, yang secara perlahan runtuh kerana haiwan menyelam lebih mendalam, dibina dengan cara mereka. Beliau menyerupai struktur "pada dasarnya merupakan alternatif, evolusi 140 juta tahun" struktur pernafasan mamalia marin. Tetapi, dia berkata, "Saya takut bahawa saya tidak dapat melihat penggunaan jelas struktur trakeal kulit semula dalam menyelam manusia."
Menyalin paru-paru yang runtuh dan ikan paus kelihatan tidak berbuah juga; paru-paru manusia adalah melekit dan tidak mudah menguatkan apabila mereka telah runtuh.
Tetapi itu mungkin satu lagi, mungkin lebih berharga, cara kita dapat meniru anatomi mamalia marin.
Reidenberg masih mencari pembiayaan untuk meneruskan peranti menyelam selekoh, tetapi dalam masa yang sama dia sudah mula berusaha belajar dari paru-paru binatang. Dalam kolaborasi baru, dia telah bekerjasama dengan penyelidik lain untuk memetakan sistem vaskular ikan paus janin dalam usaha untuk mengetahui bagaimana paru-paru paus mengubah keanjalannya dan bagaimana kita boleh memohon itu untuk membalikkan penyakit paru-paru seperti emphysema pada manusia.
Ini satu lagi cara dalam mamalia marin dapat membantu kita mencari cara untuk bernafas lebih mudah - di dalam air dan di darat.
