Adattamenti fisiologici alle immersioni profonde nei mammiferi marini

Over the course of evolution, marine mammals have developed extraordinary adaptations to the aquatic environment. The vast availability of prey in the oceans has driven these animals to adopt foraging strategies that challenge their physiological capabilities. Unlike fish, marine mammals must breathe atmospheric air; however, their ability to perform long and deep dives in apnea is made possible by a combination of physiological adaptations and behavioral strategies. This thesis will analyze the mechanisms underlying the so-called dive reflex, a complex physiological response activated during apnea. In particular, the study will examine the reduction in heart rate and the consequent decrease in cardiac output, followed by peripheral vasoconstriction, which ensures that only vital organs continue to receive oxygenated blood. Additionally, the phenomenon of alveolar collapse will be illustrated, a crucial mechanism for preventing excessive nitrogen absorption during descent, thereby reducing the risk of conditions such as nitrogen narcosis and gas embolism during ascent. Since the duration of apnea in marine mammals is limited by their available oxygen reserves, this study will also explore the behavioral strategies these animals employ to delay the onset of anaerobic metabolism for as long as possible, thereby optimizing energy balance and extending dive duration.

Nel corso dell’evoluzione i mammiferi marini hanno sviluppato straordinarie capacità di adattamento all’ambiente acquatico. La grande disponibilità di prede che popolano i mari hanno spinto questi animali ad intraprendere strategie di foraggiamento che sfidano le loro capacità fisiologiche. A differenza dei pesci, i mammiferi marini necessitano di respirare aria atmosferica; le loro lunghe e profonde immersioni in apnea sono rese possibili grazie alla combinazione degli adattamenti fisiologici e delle strategie comportamentali che mettono in atto. In questa tesi verranno analizzati i meccanismi alla base del cosiddetto dive reflex (riflesso d’immersione), una risposta fisiologica complessa che si attiva durante l’apnea. In particolare, si andrà ad esaminare il rallentamento della frequenza cardiaca e la conseguente riduzione della gittata cardiaca, seguite dalla vasocostrizione periferica che consente di irrorare continuamente i soli organi vitali. Inoltre, verrà illustrato il fenomeno del collasso alveolare, di essenziale importanza per prevenire l’eccessiva assunzione di azoto durante la discesa, evitando così patologie come la narcosi da azoto e l’embolia gassosa durante la risalita. Poiché la quantità di tempo che i mammiferi marini possono impiegare nell’apnea è limitata dalla riserva di ossigeno di cui dispongono, verranno approfondite le strategie comportamentali che questi animali adottano per ritardare il più a lungo possibile il ricorso al metabolismo anaerobico, ottimizzando così il bilancio energetico e prolungando la durata delle immersioni.