Adaptaciones al buceo en cetáceos

Los secretos que se esconden en las profundidades de los océanos siempre han sido gran objeto de interés para el ser humano. Desde el establecimiento de las primeras comunidades costeras, el mar se convirtió en el centro de importantes leyendas. Algunas describían los océanos como lugares donde peligrosas y gigantes criaturas vivían esperando a alimentarse de los pescadores que se adentraban en sus aguas. Otras, sin embargo, ponían en alza el imprescindible papel del mar para la supervivencia y el equilibrio del planeta. A partir del siglo XIX, con expediciones tan importantes a nivel científico como lo fue la travesía británica a bordo del H.M.S. Challenger (1872-1876), se empieza a desarrollar un verdadero conocimiento sobre algunos aspectos del funcionamiento oceánico y sobre las especies que habitan en las diferentes capas del medio que ocupa más del 75% de nuestro planeta. Aun así, y a pesar de los avances tecnológicos y científicos que se han desarrollado hasta la fecha, conocemos una ínfima parte de lo que esconden las aguas marinas. Pero hay seres para los que las profundidades nunca han sido un misterio. Seres que incluso dependiendo de la superficie para poder respirar (obtener oxígeno del aire), como el ser humano, han podido sumergirse más allá de lo que podríamos imaginar como posible. Hay seres que parecen no tener límites. Hablamos de los cetáceos.

Marcas tan increíbles como las registradas en cachalotes (Physeter macrocephalus) y zifios de Blainville (Mesoplodon densirostris) –con 2.250 metros de profundidad/138 minutos, y 1.599 metros de profundidad/84 minutos, respectivamente–, así como las del mamífero que posee el récord de inmersión hasta la fecha, el zifio de Cuvier (Ziphius cavirostris), en el que se registró una inmersión de 2.992 metros de profundidad con 138 minutos de duración, han llevado a la comunidad científica a un sinfín de preguntas sobre la anatomía y fisiología de estos animales que, poco a poco, se van resolviendo. A continuación se exponen tan solo algunas de las adaptaciones que se han descrito hasta el momento. Los animales sobre los que habla este artículo (cetáceos) descienden a las impresionantes profundidades antes mencionadas en busca de alimento. Este descenso a las zonas abisales les aleja de su fuente de oxígeno, molécula fundamental para el funcionamiento de los tejidos vitales. Para solucionar este problema, los cetáceos poseen una serie de adaptaciones anatómicas y bioquímicas, además de ser capaces de poner en marcha una batería de procesos fisiológicos que hacen que alcanzar kilómetros de profundidad y permanecer en ella durante prolongados períodos de tiempo parezca sencillo. Estos reyes del buceo presentan:

(1) Una mayor concentración de glóbulos rojos; (2) glóbulos rojos de mayor tamaño y, por tanto, con más capacidad para albergar un mayor número de moléculas de hemoglobina (hemoproteína que capta el oxígeno en los tejidos respiratorios y lo transporta al resto de tejidos del cuerpo). A su vez, esto supone que se consigue una mayor capacidad de carga de oxígeno; (3) una concentración de mioglobina (proteína que capta el oxígeno en el tejido muscular) muy superior a los mamíferos terrestres; y (4) adaptaciones que suponen un gran ahorro energético, es decir, un ahorro en el gasto de oxígeno. Una de estas adaptaciones es la restricción de la circulación sanguínea a aquellos órganos que pueden entrar en necrosis en ausencia de oxígeno (como el cerebro o el corazón, entre otros).

También se ha descrito la activación de mecanismos de bradicardia (reducción de la frecuencia cardíaca). Una de las adaptaciones más curiosas que reducen el consumo de oxígeno durante las inmersiones es la que se ha descrito en el cachalote (Physeter macrocephalus). En los momentos previos a comenzar la inmersión, en los cachalotes se produce una activación de mecanismos de vasoconstricción en su cabeza, la cual representa 1/3 del cuerpo del animal. Esta vasoconstricción tiene como objetivo la reducción del paso de sangre cercano al denominado «órgano de espermaceti». Este órgano está compuesto por una gran cantidad de lípidos de una altísima calidad, capaces de soportar grandes cambios de temperatura y presión sin desnaturalizarse. Cuando está irrigado (recibe calor) está en un estado semi-líquido, pero cuando cesa su irrigación (disminuye la temperatura de la zona) aparece en un estado sólido y aumenta su densidad. De esta forma, el animal queda lastrado por su cabeza y baja hasta las profundidades en una verticalidad casi perfecta, sin necesidad de consumir apenas energía en nadar y bucear. Este mismo mecanismo lo utiliza para el ascenso: se activará la vasodilatación en el «órgano de espermaceti», aumentando la temperatura de los lípidos que hay en él, haciendo que disminuya su densidad y que actúen así, como una boya para el animal, que asciende de manera rápida y sin necesidad de propulsarse intensamente.

Otros de los grandes retos a los que deben enfrentarse estos animales son los cambios de presión que conllevan estas inmersiones. Al aumentar la profundidad, aumenta la presión a razón de 1 atmósfera por cada 10 metros que se desciende. El aumento de presión hace que los gases se disuelvan mejor en la sangre. Aunque estos grandes buceadores realizan una gran exhalación antes de sumergirse, siempre queda un volumen residual de aire en los pulmones. Este aire está compuesto, principalmente, por oxígeno y nitrógeno. Este último es el que puede ocasionar más problemas. Como se comentaba, al descender (y, por tanto, aumentar la profundidad) los gases –incluido el nitrógeno– se disuelven mejor en la sangre. Una concentración elevada de nitrógeno en sangre, o narcosis, puede tener numerosas consecuencias, como desorientación, alucinaciones o temblores, entre otras. Además, al volver a la superficie y disminuir la presión, estas moléculas de nitrógeno disuelto en sangre se expanden y pueden formar burbujas¹ que pueden dar lugar a coágulos microscópicos y daños en el endotelio de los vasos sanguíneos, causando problemas circulatorios. Es lo que se conoce como enfermedad de descompresión. Sin embargo, todas estas patologías del buceo observadas y estudiadas en buceadores recreativos y profesionales no parecen ser un problema para los cetáceos. La explicación reside en la presencia de una serie de esfínteres alveolares. Estos esfínteres cierran los alveolos durante las inmersiones, impidiendo que continúe el intercambio gaseoso y evitando así que los gases pasen al torrente sanguíneo. Si el nitrógeno no pasa a la sangre, aunque aumente la profundidad, no se produce narcosis y, además, no habrá nitrógeno en sangre durante la vuelta a superficie que pueda producir burbujas y el desarrollo de la enfermedad de descompresión.

La falta de iluminación que caracteriza el fondo oceánico hace de la búsqueda de alimento y la captura de presas en las profundidades una ardua tarea, pero gracias al sistema de ecolocalización los cetáceos odontocetos² («cetáceos con dientes») pueden «ver» en la oscuridad. Este sistema se basa en la emisión de ultrasonidos y la recepción de estos cuando chocan con algún elemento –como sus presas–, formando una imagen mental de lo que les rodea y pudiendo aproximarse hasta su alimento para cazarlo. Los odontocetos presentan estructuras específicas para la ecolocalización: (1) una red de sacos ciegos ocupados por aire en los que, mediante movimientos de la musculatura que los envuelve, se moviliza el aire, produciendo el choque de las partículas del gas con las paredes de las cavidades; (2) un orificio que se abre y se cierra mediante los denominados «labios de mono» o labios fónicos, encargados de regular la magnitud del sonido emitido; y (3) un compartimento de grasa, localizado rostralmente en el animal, que recibe el nombre de melón y cuya función es amplificar dicho sonido. La recepción del eco tras el choque con un determinado elemento se consigue gracias a la mandíbula inferior en la que hay una gran cantidad de lípidos que ayudan a la absorción de la vibración del eco de vuelta. El oído medio recibe dicha vibración por transmisión ósea y la transmite hasta el oído interno.

A pesar de la era de grandes avances en la que nos encontramos, aún nos quedan muchos misterios que resolver sobre las profundidades de los océanos y sobre estos animales que, perteneciendo a nuestra misma clase (Mammalia), son capaces de adentrarse en lugares donde el ser humano nunca podrá hacerlo sin la ayuda de la tecnología más sofisticada. Sin duda, va a ser un camino apasionante.

Notas:
¹ En los gases, toda disminución de presión lleva asociada un aumento de volumen. Al subir a la superficie, disminuye la presión y, por tanto, aumenta el volumen de las burbujas de nitrógeno presentes en la sangre.
² El infraorden Cetacea se divide en dos grupos: (1) los cetáceos misticetos o «cetáceos con barbas», y (2) los cetáceos odontocetos o «cetáceos con dientes». Estos últimos son los que poseen estructuras específicas para ecolocalizar y, además, son los que más profundidad alcanzan en sus inmersiones.

Referencias:
1. Malcolm R. Clarke (1970). Function of the spermaceti organ of the sperm whale. Nature, 228, pp: 873-874.
2. Malcolm R. Clarke (1978). Physical properties of spermaceti oil in the sperm whale. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 58 (1), pp: 19-26.
3. Carl Edmons, C. Lawry y J. Pennefather (1981). Nitrogen narcosis, pp: 197-208. En: Diving and subaquatic medicina (editor: Carl Edmons). Diving Medical Center Publication, Australia.
4. Paul J. Ponganis (2015). Diving physiology of marine mammals and seabirds. Scripps Institution of Oceanography, Universidad de California, Estados Unidos.

Recursos: La fotografía de cachalotes (Physeter macrocephalus) que se ha usado como portada se ha extraído de National Maritime Historical Society. La fotografía del zifio de Cuvier (Ziphius cavirostris) se ha extraído del libro «Marine mammals of the world» y pertenece a T. Takahashi. La fotografía de los cachalotes durmiendo es obra de Paul Nicklen. El esquema anatómico craneal de un odontoceto se ha extraído y adaptado de Cranford et al. (1996).