Ipossia, profondità, galleggiamento, locomozione

Disponibiltà di O2 nell'acqua di mare

Disponibilità di O2 nell'acqua in funzione della salinità e della temperatura.

- La disponibiltà di O2 nell'acqua di mare è fortemente influenzata dalla temperatura (vedi la tabella sottostante).- Spesso si crea uno strato minimo di O2 tra i 400 ed i 1000 metri.- Nelle profondità del Pacifico settentrionale vi possono essere 23 mL/L- Nelle aree fortemente produttive degli oceani tropicali possiamo avere 0.10.5 mL L-1.

La CO2 è presente principalmente come HCO3-, esercitando unafunzione tampone.

Ipossia

Possono avere problemi respiratori:- gli animali che vivono nello strato minimo di O2

- gli animali bentonici- gli animali che migrano, sia verticalmente che geograficamente- i pesci ad alta attività muscolare ed i vertebrati omeotermi.

Favoriscono gli scambi gassosi - un'elevata superficie di scambio (per gli animali di piccole dimensioni questa può essere la superficie corporea)- il movimento dell'acqua- un sistema di ventilazione autonomo- un efficiente sistema circolatorio.

Correlazione tra superficie delle branchie e massa corporea. Linea tratteggiata= crostacei; linea continua= pesci; asterisco= Nautilus (Cefalopodi), Buccinum (Gasteropodi) .

Superficie delle branchie e massa corporea

Are

a br

anch

iale

(cm

2 )

Massa corporea (g)

Risposte all'ipossia

- Diminuisce il metabolismo

- L'animale utilizza il metabolismo anaerobio e va in debito di O2 (per esempio, il marlin ed il tonno). Cessato il periodo di intensa attività muscolare viene pagato il debito di O2

- Aumenta l'efficienza di estrazione dell'O2 dall'acqua ed aumenta la cessione dell'O2 ai tessuti.

La pressione idrostatica

- La pression idrostatica aumenta di 1 atmosfera ogni 10 m, per cui arriva, nelle zone più profonde, a 900 Atm. Qui sono state registrate forme di vita resistenti a pressioni così forti da modificare le attività enzimatiche delle proteine.- Il consumo di O2 diminuisce rapidamente con la profondità, per raggiungere valori quasi costanti a circa 400 m.

Effetto della profondità sul consumo di O2.

Pesci antarticiPesci in ambienti temperati

Profondità

Con

sum

o di

Oss

igen

o (U

.A.)

Pesce Fangtooth (-5000 m)Pescecane (- 1500 m)

Pescecane (-2500 m)

Pesce Angler (-2500 m)

Il piccolo maschio dei pesci Angler (Lophiiformes) vive solo per incontrare una femmina. Trovatala, morde la pelle della femmina ed i suoi tessuti si fondono con quelli della femmina, avendo il circolo sanguigno in comune. Il maschio ora "vive" come un parassita: i suoi organi, con l'eccezione dei testicoli, diventano inutili e degenerano.

Pesci delle profondità marine

Galleggiamento

Nell'ambiente marino l'animale tende a sprofondare. Il controllo del livello di profondità può essere evitato con 3 strategie:1) si favorisce una conformazione corporea con superficie ampia e non idrodinamica2) si rimuovono molecole ad alto peso specifico, sostituendole con molecole a basso peso specifico.3) si accumulano molecole a basso peso specifico (lipidi) o si produce gas.

Galleggiamento e locomozione

Riduzione degli ioni più pesanti

Solfati nei liquidi interni e spinta verso l'alto (cnidari, ctenofori e tunicati)

- Alcuni animali eliminano i solfati, trattenendo cloruri.

Riduzione dei minerali pesanti

- Alcuni animali diminuiscono il contenuto di carbonato e di fosfato di Calcio dello scheletro.

- Gli elasmobranchi hanno uno scheletro cartilagineo

- In molti cetacei lo scheletro è poroso e contenente lipidi

- Alcuni gasteropodi delle profondità hanno ridotto la densità della conchiglia.

- Alcuni squali, tra cui lo squalo balena, hanno un fegato pari al 20% del peso corporeo, contenente il 75% di materiale oleoso.

Aumento della quantità di gas nel corpo

- La produzione di gas fornisce la massima spinta verso l'alto.- Viene utilizzata o una camera rigida (la conchiglia dei Cefalopodi), o una camera molle, comprimibile (la vescica natatoria).

La conchiglia dei Cefalopodi

Variazione del peso specifico dell'osso di seppia. HP: pressione idrostatica; OP: pressione osmotica.

A

B

Nei Cefalopodi il gas è contenuto inuna conchiglia, interna e spiraliforme (A, Spirula), interna e allungata (B, Sepia), od esterna (Nautilus, non mostrato). La conchiglia deve essere robusta, per sopportare la pressione, e circa l'80% del gas serve per bilanciare il suo peso. Il trasporto attivo di Na+ genera un flusso passivo di Cl+ e quindi di acqua ( questo è anche il sistema di riassorbimento di NaCl e di acqua nel rene dei mammiferi).

Vescica natatoria 1

Un organo di galleggiamento non rigido è più leggero, ma soggetto a compressione ad opera della pressione esterna. Sono quindi necessari meccanismi che secernono gas all'aumentare della profondità, come negli Cnidari galleggianti. Nel sifonoforo Physalia c'è una camera di circa un litro, contenete aria. La camera contiene la ghiandola del gas ed un foro di uscita, necessario per favorire l'immersione.

Physalia (Caravella portoghese; man o-war)Physalia

Vescica natatoria

Vescica natatoria 2

La vescica natatoria consiste di due sacche riempite di gas situate dorsalmente. Le pareti sono elastiche e rese impermeabili ai gas da cristalli di guanina. La pressione viene aggiustata tramite la ghiandola del gas e la finestra ovale (questa è presente nei fisoclisti). Nei fisostomi la vescica natatoria è in contatto con l'intestino e può essere svuotata per questa via ingoiando o eliminando aria. Nei fisoclisti la connessione è persa, tranne che nei primi periodi di vita. La ghiandola del gas ha un'intensa glicolisi: produce acido lattico e CO2 e quindi tende ad abbassare il pH.

Vescica natatoria 3Si ricordi che una diminuzione del pH diminuisce l'affinità dell'emoglobina per l'O2.

Meccanismi di galleggiamento

Locomozione - La viscosità è la tendenza delle molecole a stare unite, a causa delle forza intermolecolari.- L'inerzia è la tendenza a non-accelelerare o a non-decelerare ed è proporzionale alla massa.- A basse velocità la forza movente vince principalmente la viscosità del liquido che, per essere spostato, subisce modiche accelerazioni. - Ad alte velocità la forza movente deve anche accelerare notevolmente il liquido.- Il numero di Reynolds (Re) è un numero adimensionale usato in fluidodinamica, proporzionale al rapporto tra le forze d'inerzia e le forze viscose.

Domina l'inerziaDomina la viscosità

Numero di Reynolds

Vel

ocit

à (c

m/s

)