Biodiversidade 25 de janeiro de 2023, 10:49 25/01/2023

Perturbações provocadas por humanos podem formar bolhas de gás prejudiciais nas baleias quando mergulham fundo

Autores

Jovens revisores

Resumo

Ao longo de milhões de anos, as baleias evoluíram para nadar no oceano e obter alimento enquanto seguram o fôlego. Sim, pois as baleias são mamíferos que respiram ar e de vez em quando precisam subir à superfície em busca de mais oxigênio. No entanto, o ar nos pulmões também contém nitrogênio, um gás que é inspirado, mas não usado pelo corpo. À medida que a baleia mergulha, a pressão da água aumenta e mais nitrogênio é absorvido pelo sangue que circula dos pulmões para outros tecidos. Quando ela volta à superfície e a pressão da água diminui, o gás nitrogênio retorna aos pulmões. Caso a baleia permaneça muito tempo na zona de alta pressão onde o nitrogênio é absorvido, bolhas podem se formar quando ela subir à superfície (mais ou menos o que acontece quando abrimos uma garrafa de refrigerante). As bolhas podem provocar diversos problemas dentro do corpo da baleia e mesmo sua morte.

Normalmente, as bolhas não causam danos às baleias, mas nos últimos anos os cientistas descobriram que, quando os humanos as perturbam, seu modo de nadar ou suas funções corporais podem sofrer alterações que aumentam o risco da formação de bolhas capazes de prejudicá-las e até matá-las. Uma melhor compreensão do comportamento das baleias e da maneira como as bolhas de nitrogênio se formam pode ajudar os cientistas a desenvolver ferramentas que previnam tais problemas.

O que as baleias e as garrafas de refrigerante têm em comum?

Quando você abre uma garrafa de refrigerante, vê bolhas se formando; e, se agitar a garrafa antes de abri-la, o líquido subirá pelo gargalo. Bolhas podem se formar também dentro das baleias enquanto mergulham e causar um problema chamado mal da descompressão [1]. Tanto na garrafa de refrigerante quanto nas baleias sob a água, bolhas se formam a partir do gás dissolvido devido à pressão crescente; quando a garrafa de refrigerante é aberta e a baleia sobe à superfície para respirar, a pressão diminui, provocando a formação de bolhas.

As bolhas no refrigerante são responsáveis pela deliciosa efervescência dessa bebida, mas, quando se formam dentro da baleia, podem causar problemas (Figura 1). Por exemplo, uma bolha na corrente sanguínea às vezes bloqueia o fluxo do sangue e impede a passagem do oxigênio para os tecidos. Nesse caso, os tecidos se tornam hipóxicos, palavra meio complicada para a situação em que o nível de oxigênio fica muito baixo. Como o oxigênio é importante para converter alimento em energia, os mamíferos não podem viver sem ele e a hipóxia faz com que o tecido morra. Bolhas que se formam no coração ou no sistema nervoso podem matar a baleia.

Figura 1. O que as baleias e as garrafas de refrigerante têm em comum? O desenho mostra duas baleias com bolhas de gás dentro do corpo. Quando são perturbadas durante o mergulho, as baleias absorvem mais nitrogênio. Esse gás vai saindo como bolhas à medida que elas voltam à superfície e a pressão é aliviada, mais ou menos como as bolhas formadas quando você abre uma garrafa de refrigerante. Créditos do desenho: Anastasia Fahlman.

As baleias e outros mamíferos marinhos apresentam diversas adaptações fisiológicas e anatômicas que minimizam o risco de formação de bolhas após o mergulho. No entanto, há situações inusitadas, provocadas pelo homem, em que essas adaptações não funcionam como deveriam [2, 3]. Durante o mergulho normal, gases como o oxigênio e o nitrogênio passam dos pulmões para o sangue e percorrem o corpo usando como veículo o sistema circulatório (coração e vasos sanguíneos). Quando a baleia mergulha, a pressão da água circundante aumenta na medida em que ela afunda, comprimindo seu peito e pressionando mais e mais seus pulmões. A quantidade de gás dissolvida em um líquido (neste caso, o sangue) aumenta proporcionalmente à pressão, que por sua vez aumenta, nos pulmões, a quantidade de gás que passa para o sangue e depois circula pelo corpo da baleia.

Você pode fazer essa experiência com uma garrafa pet ou lata de refrigerante (garrafa de vidro não funciona) e de água gaseificada, caso deseje uma alternativa menos perigosa: peça a um amigo, à sua mãe ou ao seu pai para agitar a lata e em seguida abri-la sem derramar o líquido. Agitar o recipiente perturba o gás (neste caso, dióxido de carbono) e, quando o recipiente é aberto, o gás rapidamente se separa do líquido porque a pressão foi reduzida, forçando o líquido a sair. A fim de evitar que o líquido saia, aperte a garrafa fortemente por cerca de dois minutos antes de abri-la. Ao apertar a garrafa, a pressão interna aumenta, o gás volta ao líquido e você pode abri-la sem que o conteúdo espirre.

Como as baleias conseguem reter o fôlego por mais de duas horas?

Voltemos à baleia. A maior parte do gás presente nos pulmões é nitrogênio. O corpo não usa nitrogênio, mas ele é o principal componente do ar que nós (e as baleias) respiramos. Quando a baleia mergulha, a pressão crescente nos pulmões aumenta a quantidade de gás recolhida pelo sangue e passada aos tecidos. A quantidade de nitrogênio dissolvida no sangue e nos tecidos aumenta devido ao aumento da pressão. Uma parte do nitrogênio recolhido durante cada mergulho é removida quando a baleia expira na superfície; mas, se o tempo na superfície não for suficientemente longo e se a baleia não inspirar suficientes vezes, o excesso de nitrogênio não é inteiramente removido.

As baleias e outros mamíferos marinhos que mergulham para obter alimento nas profundezas geralmente fazem isso por arremetidas. As arremetidas são períodos em que a baleia submerge várias vezes após um curto espaço de tempo na superfície antes do próximo mergulho. Achamos que os mamíferos marinhos mergulham em arremetidas para apanhar o máximo de alimento possível sob a água. Por exemplo, quando encontram um cardume grande, não querem passar tempo demais na superfície e assim dar oportunidade ao cardume para fugir, por isso mergulham de novo a fim de apanhar rapidamente mais peixes. Então, permanecem na superfície só o bastante para repor sua quota de oxigênio.

Acontece, no entanto, que o tempo na superfície talvez não seja longo o suficiente para expelir todo o nitrogênio de seu corpo. Por causa disso, a quantidade de nitrogênio vai aumentando lentamente de mergulho a mergulho, às vezes a tal ponto que bolhas se formam dentro da baleia quando ela volta à superfície.

Durante sua evolução ao longo de milhões de anos, as baleias desenvolveram estratégias para impedir que o nitrogênio alcançasse níveis perigosos. Por exemplo, às vezes elas permanecem por longos períodos de tempo na superfície, entre os mergulhos. Esses períodos servem para remover o excesso de nitrogênio de seu sangue, reduzindo-o assim a níveis seguros. Outra estratégia empregada por vários mamíferos marinhos consiste em reduzir a velocidade de retorno à superfície: quando estão a cerca de 30–40 m de profundidade, sobem mais devagar. Os cientistas acham que diminuir a velocidade ajuda a reduzir a possibilidade de formação de bolhas, assim como abrir devagar, e não rapidamente, a garrafa de refrigerante depois que ela foi agitada.

Há também estratégias fisiológicas para diminuir o risco de formação de bolhas. A fisiologia é o estudo do modo como funciona o corpo de um animal. Alguns cientistas que estudam fisiologia se interessam pela maneira como certos animais superaram diferentes desafios ambientais. Por exemplo: quais estratégias permitem aos animais viverem em climas muito quentes ou muito frios? Quais são as diferenças entre o modo como as guelras dos peixes e os pulmões de outros animais funcionam para realizar a troca de gases? Os fisiologistas que estudam baleias querem saber como esses animais conseguem segurar o fôlego por mais de duas horas e mergulhar até três quilômetros de profundidade no oceano, onde a pressão é trezentas vezes mais elevada que na superfície.

Os fisiologistas se esforçam por entender como as baleias reduzem o risco de formação de bolhas; a seu ver, o sistema respiratório diferente das baleias, aliado a um peito muito flexível e às vias aéreas superiores rígidas, pode ajudar a reduzir a quantidade de nitrogênio absorvida. Quando a baleia mergulha, a pressão crescente comprime os pulmões e o peito. Os humanos têm um peito capaz de suportar a pressão durante o mergulho, mas o dos mamíferos marinhos é inusitadamente frágil e, quando eles mergulham fundo, seus pulmões simplesmente “murcham” como um balão vazio.

Esse colapso dos pulmões pode matar um humano, mas não mata as baleias, que o experimentam várias vezes todos os dias. Quando os pulmões “murcham”, não há mais gás disponível que passe para o sangue e cause problemas durante a volta da baleia à superfície. Na subida, os pulmões se inflam de novo e as baleias conseguem respirar normalmente ao chegar à superfície.

Além disso, as baleias desenvolveram outro truque chamado resposta de mergulho. Os humanos, e particularmente os bebês, também utilizam esse truque, no qual, porém, as baleias são muito melhores. A resposta de mergulho é um conjunto de mudanças cardiovasculares (uma palavra bonita para “coração e vasos sanguíneos”) durante as quais o ritmo cardíaco fica reduzido a umas poucas batidas por minuto. Durante a resposta de mergulho, ainda há algum fluxo de sangue em órgãos como o coração e o cérebro, que não podem sobreviver sem oxigênio.

Assim, quando a baleia mergulha, a maior parte do sangue é direcionada para esses dois órgãos e pouca ou nenhuma para os outros, que podem suportar melhor a falta de oxigênio. A resposta de mergulho ajuda a conservar ou economizar o oxigênio disponível, ampliando o tempo de contenção da respiração. A resposta de mergulho também minimiza a quantidade de nitrogênio absorvida por outros tecidos e, desse modo, reduz a formação de bolhas quando a baleia volta à superfície.

Uma vida complicada na escuridão!

Como se vê, os mamíferos que mergulham levam uma vida difícil. Não apenas precisam encontrar alimento sob a água, num mundo frio e escuro, como dispõem de um tempo bastante limitado para encontrar e apanhar suas presas velozes. Quando a comida é escassa, elas têm de mergulhar mais vezes a fim de obtê-la para sobreviver, ou seja, as arremetidas precisam ser mais longas, o que aumenta a quantidade de nitrogênio no sangue e, assim, a possibilidade de formação de bolhas. Isso significa que, periodicamente, as baleias precisam ampliar os limites do que conseguem fazer. Pode suceder que certas perturbações provocadas pelos humanos afetem o delicado equilíbrio das baleias e que essas perturbações incrementem a absorção de nitrogênio ou as obriguem a subir para a superfície de um modo que torne mais provável a formação de bolhas.

Por exemplo, sons emitidos por equipamentos de busca são usados para encontrar petróleo e gás escondidos no leito do oceano. Os chamados canhões de ar emitem um poderoso sinal sonoro que penetra o leito do oceano e retorna passando por diferentes camadas de rocha ou sedimento. O eco é usado para gerar imagens do leito do oceano. Também se usa o som para detectar objetos na água, como cardumes, barcos naufragados ou submarinos. A detecção de submarinos é importante para fins militares, pois impede que esses vasos de guerra consigam atacar secretamente. Os equipamentos usados para a detecção de submarinos são chamados sonares, cujo ruído pode afetar o comportamento e a fisiologia das baleias.

A fim de investigar o impacto potencial dos sonares em baleias, desenvolvemos um modelo matemático que usa seu comportamento de mergulho para avaliar o risco que elas correrão por causa das bolhas de gás quando voltarem à superfície [4]. Um instrumento eletrônico provido de ventosas foi aplicado à pele da baleia para registrar seu comportamento e a pressão da água ao redor (Figura 2). A pressão, como se sabe, aumenta na medida da profundidade. Na superfície, a pressão é de 1 Atmosfera Absoluta (ATA), uma das muitas unidades de medida de pressão. Para cada 10 m de profundidade, a pressão aumenta em 1 ATA; e, medindo a pressão, esses instrumentos conseguiram registrar a profundidade de mergulho das baleias enquanto forrageavam ou procuravam alimento.

Usamos os dados de pressão e a solubilidade do gás para calcular a quantidade de gás dissolvida no sangue e nos tecidos das baleias, obtendo assim uma ideia da possibilidade de formação de bolhas em seu interior [4, 5]. Comparamos esses valores estimados de gás dissolvido com o comportamento de mergulho das baleias antes, durante e depois da exposição ao sonar. Os níveis de sonar nesses experimentos foram cuidadosamente selecionados para não causar nenhum mal às baleias, mas eram altos o bastante para obtermos uma resposta delas. Por exemplo, caso considerassem o sonar um perigo, se afastariam rapidamente ou interromperiam o mergulho para voltar à superfície antes de completar a busca de alimento e, mesmo, desceriam mais fundo do que o normal [6, 7].

O modelo considerava de que modo esses comportamentos poderiam provocar a formação de bolhas. Concluímos que as baleias não habituadas a mergulhos muito profundos (como as baleias assassinas, Figura 2A) não correm mais risco de formação de bolhas em seu corpo por causa do sonar; entretanto, as que descem muito fundo (como os cachalotes e as baleias bicudas, Figuras 2C, D) estão mais sujeitas a isso durante as mudanças de comportamento devidas à exposição ao sonar. Os resultados sugeriram também que o aumento de atividade física quando as baleias tentam fugir do sonar pode aumentar igualmente o risco da formação de bolhas (Figura 3).

Figura 2. Computadores de profundidade com ventosas foram aplicados a quatro diferentes tipos de baleias: A, baleia assassina; B, baleia piloto; C, cachalote e D, baleia-bicuda-de-cuvier. Os computadores registraram a profundidade de mergulho das baleias. Em cada gráfico, o tempo é dado em horas e a profundidade de mergulho, em metros. A linha preta mostra o padrão de mergulho da baleia, o que nos permite contar o número de mergulhos e sua profundidade.

Observe a grande diferença no número de mergulho e de profundidade entre as diversas espécies. A baleia assassina, A, realizou vários mergulhos curtos e relativamente rasos (menos de 200 m), ao passo que a baleia piloto, B, realizou mergulhos rápidos e fundos, mas curtos. O cachalote, C, e a baleia-bicuda-de-cuvier, D, por outro lado, realizaram mergulhos longos e profundos. As diferenças no comportamento de mergulho foram usadas para determinar as diferenças nos riscos do mal de descompressão e da formação de bolhas entre as espécies (figura reproduzida a partir da Ref. [4]). Créditos da foto: o fotógrafo da baleia assassina, da baleia piloto e do cachalote foi Sanna Kuningas/SMRU; o fotógrafo da baleia-bicuda-de-cuvier foi Todd Pusser.
Figura 3. Quando as baleias correm o risco de formação de bolhas de nitrogênio em seu interior? A figura mostra uma baleia mergulhando e voltando à superfície. Os pontos mostram o caminho do mergulho quando ela desce ao fundo para capturar a lula gigante. Na região rasa, o nitrogênio é removido do sangue da baleia, mas é nessa região que as bolhas podem se formar. Em profundidades médias, o nitrogênio é absorvido e dissolvido no sangue e nos tecidos. Na região profunda, os pulmões “murcham” devido à pressão exercida sobre o gás. Por esse motivo, nenhum nitrogênio adicional entra nos pulmões e o que foi absorvido na região intermediária agora circula entre o sangue e os tecidos (figura reproduzida a partir da Ref. [5]).

Em nosso estudo, mostramos como o barulho produzido por humanos aumenta o risco de formação de bolhas em baleias que mergulham a pequena ou grande profundidade. Embora, até o momento, não saibamos ao certo por que esses maravilhosos gigantes conseguem segurar o fôlego e descer a grandes profundidades sem os problemas que um mergulhador humano encontraria, nossos resultados sugerem que determinados fatores agravam o risco de formação de bolhas gasosas após um mergulho. Por exemplo, animais de grande porte ou que mergulham fundo correm mais risco de produzir bolhas gasosas.

Esses resultados podem nos ajudar a descobrir em quais espécies há risco maior de formação de bolhas. É uma informação útil para as autoridades que controlam os locais e o modo como o som costuma ser empregado no oceano para rastrear submarinos ou detectar fontes de petróleo e gás. Consequentemente, os resultados podem ajudar a reduzir o estresse nas baleias e a minimizar o impacto da presença humana no oceano. Há ainda muitos mistérios a desvendar sobre a vida das baleias e outros mamíferos marinhos, levando-nos a reconhecer que temos mais perguntas que respostas – como tantas vezes sucede no campo da pesquisa.

Glossário

Hipóxia: Baixos níveis de oxigênio.

Adaptação: Mudanças na fisiologia ou anatomia de uma espécie ao longo de muitas gerações, provocadas por alterações genéticas que aumentam as chances de sobrevivência para os indivíduos dessa espécie. 

Sistema circulatório (cardiovascular): Sistema graças ao qual o sangue é transportado pelo corpo.

Fisiologia: Estudo do funcionamento do corpo.

Sistema respiratório: Pulmões e vias aéreas (traqueia, brônquios e bronquíolos).

Arremetida: Série de mergulhos sucessivos, geralmente quando a baleia busca presa, interrompida por um curto período na superfície.

Atmosfera Absoluta: Uma das unidades de pressão.

Forragear: Procurar alimento.

Solubilidade de gás: Quantidade de gás existente num líquido.

Conflito de interesses

Os autores declaram que a pesquisa foi conduzida sem nenhuma relação comercial ou financeira que possa gerar um conflito de interesses.

Fonte original do artigo

Kvadsheim, P. H., Miller, P. J. O., Tyack, P. L., Sivle, L. L. D., Lam, F.-P. A. e Fahlman, A. 2012. “Estimated tissue and blood N2 levels and risk of in vivo bubble formation in deep-, intermediate- and shallow-diving toothed whales during exposure to naval sonar.” Front. Physiol. 3:125. DOI: 10.3389/fphys.2012.00125.

Referências

[1] Mahon, R. T. e Regis, D. P. 2014. “Decompression and decompression sickness.” Compr. Physiol. 4, 1157–1175. DOI: 10.1002/cphy.c130039.

[2] Fernandez, A., Edwards, J. F., Rodruiquez, F., Espinosa de los Monteros, A., Herraez, M. P., Castro, P. et al. “‘Gas and fat embolic syndrome’ involving a mass stranding of beaked whales (Family Ziphiidae) exposed to anthropogenic sonar signals.” Vet. Pathol. 42, 446–457. DOI: 10.1354/vp.42-4-446.

[3] García-Párraga, D., Crespo-Picazo, J. L., Bernardo de Quirós, Y., Cervera, V., Martí-Bonmati, L., Díaz-Delgado, J. et al. 2014. “Decompression sickness (‘the bends’) in sea turtles.” Dis. Aquat. Org. 111, 191–205. DOI: 10.3354/dao02790.

[4] Kvadsheim, P. H., Miller, P. J. O., Tyack, P. L., Sivle, L. L. D., Lam, F.-P. A. e Fahlman, A. 2012. “Estimated tissue and blood N2 levels and risk of in vivo bubble formation in deep-, intermediate- and shallow-diving toothed whales during exposure to naval sonar.” Front. Physiol. 3:125. DOI: 10.3389/fphys.2012.00125. 

[5] Fahlman, A., Tyack, P. L., Miller, P. J. e Kvadsheim, P. H. 2014. “How man-made interference might cause gas bubble emboli in deep diving whales.” Front. Physiol. 5:13. DOI: 10.3389/fphys.2014.00013.

[6] Schorr, G. S., Falcone, E. A., Moretti, D. J. e Andrews, R. D. 2014. “First long-term behavioral records from Cuvier’s beaked whales (Ziphius cavirostris) reveal record-breaking dives.” PLos ONE 9:e92633. DOI: 10.1371/journal.pone.0092633.

[7] Miller, P. J. O., Kvadsheim, P. H., Lam, F. P. A., Tyack, P. L., Curé, C., DeRuiter, S. L. et al. 2015. “First indications that northern bottlenose whales are sensitive to behavioural disturbance from anthropogenic noise.” R. Soc. Open Sci. 2, 140484. DOI: 10.1098/rsos.140484.

Citação

Fahlman, A., Tyack, P., Miller, P. e Kvadsheim, P. (2017). “Human disturbances might cause dangerous gas bubbles to form in deep-diving whales.” Front. Young Minds. 5:62. DOI: 10.3389/frym.2017.00062.

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