Adattamenti anatomici e fisiologici
all’ambiente acquatico
L’anatomia interna dei cetacei, pur mostrando un completo adattamento alla vita
acquatica mantiene la struttura e gli organi tipici dei mammiferi terrestri.
I Cetacei respirano aria mediante i polmoni,
hanno sangue caldo e
partoriscono piccoli già ben formati,
che le madri allattano con
il secreto delle ghiandole mammarie.
I meccanismi metabolici e fisiologici presentano anch’essi adattamenti alla vita
acquatica, consentendo di massimizzare i tempi di apnea e evitare problemi
circolatori legati agli sbalzi di pressione idrostatica.
L'adattamento alla vita in acqua ha reso questi Mammiferi talmente simili
a pesci da essere considerati tali da tutti tranne che dai più illuminati
zoologi, tra cui Aristotele.
Qualsiasi traccia degli arti
posteriori, con l'eccezione dei
rudimenti del cinto pelvico ed
eccezionalmente del femore, è
scomparsa.
L'organo
propulsore è la
coda,
azionata
da
una
muscolatura
sviluppata
e
articolata in due
lobi
orizzontali
che aumentano
l'efficacia.
Nelle specie più veloci è
comparsa sul dorso, con funzioni
di stabilizzatore, una formazione
non connessa con lo scheletro,
formata da una duplicatura
cutanea, tessuto connettivo e
fibre di collagene: la pinna
dorsale.
Gli arti anteriori si
sono trasformati in
pinne pettorali.
Gli adattamenti dello scheletro sono funzionali al nuoto, all’immersione e al fatto
che in acqua lo scheletro sostiene solo in parte il peso del corpo.
Le ossa sono spugnose e impregnate di grasso per migliorare il bilanciamento
idrostatico.
Il collo è scomparso, mentre
il capo si è saldato al tronco
e in molti casi si è avuta una
fusione delle vertebre
cervicali.
Il cranio degli
Odontoceti, a
differenza
di
quello
dei
Misticeti,
ha
subito
una
deformazione
laterale che gli
conferisce una
marcata
asimmetria:
Forse
una
condizione
vantaggiosa
nell'uso
del
biosonar.
Il Capodoglio del Museo di Storia
Naturale di Milano
Le narici, riunite in uno sfiatatoio (con una o
due aperture), sono migrate verso la sommità
del capo. L’area intorno è sensibile alla
variazione di pressione e consente di
regolarne l’apertura e la chiusura.
La differenza anatomica più rilevante tra
Misticeti
e
Odontoceti
rimane
la
conformazione della bocca.
In questi ultimi le mascelle sono fornite di denti, mentre i primi ne sono
completamente sprovvisti; al loro posto, solo nella mascella superiore, possiedono i
fanoni, lamine cornee triangolari, con il lato interno sfrangiato in setole.
Particolari sacche
racchiudono le
mammelle e gli
organi genitali
che vengono
estroflessi solo
all’uso.
Idrodinamicità
La forma affusolata dei cetacei offre la minore resistenza idrodinamica
La pelle, più spessa di quella dei
mammiferi terrestri, aumenta l’efficienza
della spinta propulsiva.
Il pelo è scomparso (rimangono tracce nei feti e sul rostro (vibrisse con funzione
tattile) rimpiazzato, nella funzione di coibente termico, da uno spesso pannicolo
adiposo, l'ampio strato di grasso sottocutaneo.
Il grasso rende la forma
del corpo più smussata e
bilancia
il
peso
dell’animale, favorendone
il galleggiamento
La termoregolazione
Il potere raffreddante dell'acqua può
raggiungere valori 50 o 100 volte
superiori a quelli dell'aria.
Per un Mammifero omeotermo si presenta il
problema della perdita di calore.
E’ un isolante situato all'interno della
superficie di dissipazione calorica.
In caso di surriscaldamento, il sangue
può superare la barriera isolante e
dissipare il calore attraverso
vascolarizzazioni cutanee, presenti
soprattutto sulle pinne.
I Cetacei hanno risolto questo
problema sostituendo la pelliccia
(efficiente soltanto in aria) con il
pannicolo adiposo (blubber), che
presenta capacità coibenti.
Lo spessore del pannicolo
adiposo dipende dalla disponibilità
di cibo.
Questo meccanismo consente a
molte specie di sopravvivere in
acque polari e tropicali.
L’aumento delle dimensioni consente una minore superficie corporea e quindi una
minore dispersione di calore.
La capacità d’immersione
I Cetacei devono respirare in superficie, ma
sono costretti ad allontanarsene per
mangiare.
Meccanismi fisiologici permettono di
prolungare l'apnea, soprattutto in specie,
come Capodoglio e Zifiidi, specializzate
nella predazione dei calamari mesopelagici.
Due sono i principali adattamenti: la capacità di prolungare il tempo di apnea, e
quella di evitare problemi (tra cui l'embolia) causati dagli sbalzi di pressione.
1) L'alta densità dei pigmenti respiratori emoglobina e mioglobina, nel sangue e nel
muscolo, immagazzinano ossigeno nei tessuti più esigenti.
Durante le immersioni gli organi meno importanti vengono tagliati fuori dal circolo
sanguigno grazie a meccanismi di vasocostrizione; viene resa più efficace
l'irrorazione di organi importanti, come il cervello;
In immersione il battito cardiaco rallenta sensibilmente (bradicardia).
2) I problemi derivanti dalla decompressione vengono evitati riducendo la
quantità di aria gassosa:
Il volume dei polmoni è ridotto in relazione alla mole corporea, la quantità di
azoto che può passare nel sangue e nei tessuti, dopo ogni atto inspiratorio è
ridotta;
Immergendosi, i cetacei non incamerano più aria di quanta i loro polmoni
possano contenere;
Oltre i 70 m di profondità la comprimibilità dei polmoni e la gabbia toracica
flessibile, provocano il collasso alveolare, che interrompe lo scambio di gas tra
polmoni e sangue;
Un complesso sistema circolatorio arterioso, la rete mirabile toracospinale,
cattura bolle di azoto che si generano durante l'emersione, e le libera, a poco a
poco, tra un'immersione e l'altra.
L’equilibrio osmotico
L’ acqua di mare è un ambiente la cui salinità è superiore alla
concentrazione di sali all'interno dell'organismo.
Gli animali devono perciò regolare il
proprio equilibrio osmotico:
-
limitando l'ingestione di sali
dall'esterno;
eliminando quelli di cui non è stato
possibile evitare l'ingresso.
I Cetacei non hanno ghiandole sudoripare, i principali organi devoluti alla
funzione escretrice sono i reni.
Sono particolarmente efficienti: la parte corticale è molto sviluppata e la loro
superficie filtrante consente la produzione di un’urina più concentrata
dell'acqua di mare, permettendo l’ingestione di piccoli quantitativi di acqua
salata per dissetarsi.
Anche il mondo sensoriale ha subito evoluzioni:
Il sistema olfattivo periferico si è ridotto
totalmente, pur ricorrendo durante i primi
stadi dell’ontogenesi;
La sensibilità cutanea è importante
nei contatti sociali.
I cetacei vedono bene sia fuori che
dentro l’acqua. La pupilla presenta due
fori, usati differentemente nei due
ambienti. La curvatura del cristallino è
modificata in modo da consentire la
messa a fuoco.
Nei cetacei di fiume la vista è poco funzionale ed è sostituita dal tatto. Nuotano su
un fianco, in modo da toccare con la pinna pettorale il fondo.
Comunque, è il sistema acustico ad essere dominante nel mondo sensoriale
dei Cetacei. Uno dei maggiori passi in avanti nell’evoluzione è stato, infatti,
l’adattamento alla ricezione dei suoni provenienti dall’acqua.
Anche il
biosonar è
considerato un
importante
strumento
utilizzato per
“vedere”