ความสามารถในการดำน้ำของคน : สัตว์


       คนทั่วไปมักคิดว่ามนุษย์เป็นสัตว์โลกที่มีระดับของการวิวัฒนาการ
สูงสุด คือประเสริฐกว่าสัตว์ทุกชนิดในทุกๆ ด้านไม่ว่าจะเป็นด้าน การมีเหตุผลหรือความสามารถในทางสร้างสรรค์ แต่ในความจริงแล้ว สัตว์หลายชนิดมีความสามารถพิเศษที่มนุษย์ไม่มี และไม่มีวันจะมีความ สามารถที่ว่านั้นได้แก่ความสามารถในการดำน้ำลึก เป็นต้น

สถิติโลกที่บันทึกโดย Guinness ระบุว่า ปลาวาฬ (Physeter Catadon) เวลาหาอาหารสามารถดำน้ำได้ลึกถึง 3,100 เมตรและนานถึง 1 ชั่วโมง 52 นาที แมวน้ำ (Mirunga Angustirostris) ดำน้ำได้ลึก 1,257 เมตร และนาน 48 นาที ส่วนคนดำน้ำได้ตื้นเพียง 133 เมตร และใช้เวลาสั้นเพียง 4 นาทีเท่านั้นเอง

  ภาพจาก : http://austin360.com/news/features/environment/barton28.html

สาเหตุหลักที่ทำให้มนุษย์มีความสามารถจำกัดในการดำน้ำได้ลึกและนานนั้น มาจากความจริงที่ว่า ร่างกายของมนุษย์ต้องการ ออกซิเจนตลอดเวลา แต่ในน้ำที่ลึกและมีความดันสูงร่างกายมนุษย์ไม่สามารถดูดซับออกซิเจนใดๆ จากน้ำได้เลย ดังนั้นมนุษย์ จึงอยู่ในน้ำลึกได้ไม่นาน และเมื่อใดก็ตามที่มนุษย์ต้องการจะดำน้ำ เขาก็ต้องหายใจเอาออกซิเจนจากอากาศเข้าปอดให้มากที่สุด ให้พอเพียงกับการใช้เวลาอยู่ใต้น้ำ นอกจากประเด็นความพอเพียงของออกซิเจนแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็ยังพบอีกว่า ที่ระดับยิ่งลึกความดันของน้ำก็ยิ่งสูง ความดันที่สูงมากนี้จะบีบอัดปอด ซึ่งมีผลทำให้คนๆ นั้นหายใจด้วยความยากลำบาก และเมื่อเวลานักดำน้ำว่ายขึ้นสู่ผิวน้ำเขาอาจจะประสบปัญหาการเป็นลมหน้ามืดได้ เพราะความเข้มข้นของออกซิเจนที่มีในเลือดในขณะนั้น ได้ลดลงมากแล้ว (เพราะถูกใช้ไปมากในตอนขาลง) ซึ่งจะมีผลทำให้ออกซิเจนที่ไหลไปหล่อเลี้ยงสมอง ลดปริมาณลงด้วย ทำให้เขาประสบปัญหาหน้ามืดเวลาว่ายขึ้นผิวน้ำ และสถิติก็มีปรากฏว่า อุบัติเหตุสำหรับนักดำน้ำส่วนใหญ่เกิดตอนขาขึ้นยิ่งกว่าตอนขาลง

แต่ก็แปลกเพราะสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ที่อาศัยอยู่ในทะเล (เช่นปลาวาฬ แมวน้ำ) ไม่เห็นจะต้องเผชิญปัญหาประเภทนี้เลย ทั้งๆ ที่ระบบหายใจของสัตว์เหล่านี้ก็มีลักษณะเหมือนๆ กับคน คือมีปอดสำหรับหายใจเหมือนกัน แต่มันก็ดำน้ำได้นานเป็นชั่วโมง และไม่มีใครเคยเห็นปลาวาฬตัวใดหมดสติ หรือเป็นลมขณะว่ายน้ำอยู่ในทะเลลึกเลย

ในวารสาร American Scientist ฉบับปี พ.ศ.2542 G. Kooyman และ P.J. Ponganis แห่ง Center for Marine Biotechnology and Biomedicine ที่ Scripps Institution of Oceanography ในสหรัฐอเมริกาได้รายงานเหตุผล ที่แสดงให้เห็นว่าเหตุใดสัตว์เหล่านี้จึงทำในสิ่งที่มนุษย์ไม่มีวันจะทำได้ เพราะเขาก็ได้พบว่าสาเหตุหลักคือ สัตว์รู้จักเก็บสะสมการใช้ ออกซิเจนที่มีในอวัยวะส่วนต่างๆ ของร่างกายมัน

นักชีววิทยาสัตว์ดึกดำบรรพ์ได้พบหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า ในทะเลบนโลกเมื่อ 200-300ล้านปีก่อน ได้มีสัตว์เลื้อยคลานอาศัย อยู่มากมาย แต่ทะเลในปัจจุบันมีสัตว์เลื้อยคลานเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้นเองที่ดำน้ำได้เก่ง ซึ่งได้แก่ กิ้งก่าที่เกาะ Galapagos เป็นต้น นอกจากนี้ นักชีววิทยายังพบอีกว่า นักดำน้ำผู้ยิ่งใหญ่ในทะเลทุกวันนี้ มักจะเป็นสัตว์ประเภทนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม เช่น นกเพนกวินจักรพรรดิ (emperor penguin) สามารถดำน้ำได้ลึก 500 เมตร โดยใช้เวลาเพียง 12 นาที ถ้ามันอยู่ในน้ำลึก แต่ถ้าอยู่ในน้ำตื้นมันจะดำได้นานถึง 20 นาที เหตุใดสัตว์เหล่านี้จึงดำน้ำได้ดีกว่าคน

ในการตอบคำถามนี้ Kooyman และ Ponganis ได้ชี้ให้เห็นว่า ลำตัวของสัตว์ดำน้ำเหล่านี้มีลักษณะเรียวยาวคล้ายเข็ม โดยเฉพาะ นกเพนกวินนั้นมีลำตัวที่เพรียวมาก ดังนั้น เวลามันว่ายน้ำร่างกายของมันแทบจะไร้แรงต้านใดๆ จากน้ำเลย การมีขนตามตัวน้อยและ ขนเหล่านั้นสั้นก็มีส่วนทำให้มันลื่นไหลในน้ำได้อย่างสบายๆ นอกจากคุณสมบัติเหล่านี้แล้ว ขาหลังของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เหล่านี้ก็มักจะสั้นหรือไม่นั้นก็ไม่มีเลย และขาหน้าก็เปลี่ยนสภาพจากขาจริงๆ เป็นใบพายหรือครีบแทน นี่คือการปรับตัวภายนอก แต่ภายในก็มีการปรับเปลี่ยนเช่นกันเพราะนักชีววิทยาทั้งสองได้พบว่า ในสัตว์ที่ดำน้ำลึกเหล่านี้ ร่างกายของมันจะมีสาร myoglobin ค่อนข้างมาก และสาร myoglobin ที่พบนี้ตามปกติมักจะอยู่ในกล้ามเนื้อ และมีหน้าที่ดูดขับออกซิเจน นักวิจัยทั้งสองยังได้พบอีกว่า ความเข้มข้นของ myoglobin ในสัตว์ดำน้ำลึกจะสูงกว่าในสัตว์บก 3-10 เท่า ดังนั้น มันจึงสามารถเก็บกักออกซิเจนในกล้ามเนื้อของมันได้มากกว่าคน

เมื่อพิจารณาความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของ myoglobin ออกซิเจน และความสามารถในการดำน้ำของสัตว์แล้ว เราก็จะ เห็นว่าเวลาเซลล์ของสัตว์ใช้ออกซิเจนในการเปลี่ยนอาหารให้เป็นพลังงาน ไขมันและน้ำตาลจะเผาผลาญออกซิเจนที่มีในร่างกาย จะถูกเปลี่ยนไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ และไอน้ำ กระบวนการเปลี่ยนแปลงนี้ก็เหมือนกับการเผาน้ำมันในรถยนต์ ซึ่งจะได้พลังงาน ออกมาขับเคลื่อนรถยนต์หรือเวลาเราเผาถ่านหิน เราก็จะได้พลังงานออกมาขับเคลื่อนรถไฟเช่นกัน ดังนั้น ถ้าไม่มีออกซิเจนการ เผาผลาญก็ไม่มี พลังงานก็ไม่บังเกิด แต่ในกรณีการเผาผลาญน้ำมันเชื้อเพลิง เราเอาอะตอมของคาร์บอนไปเป็นเชื้อเพลิง เพราะเหตุว่า อะตอมของคาร์บอนจับคู่กับอะตอมของออกซิเจนได้ง่ายกว่าที่จะจับกับอะตอมของคาร์บอนเอง ดังนั้น เวลาอะตอมของคาร์บอน แตกคู่พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา และพลังงานนี้เองที่เรานำไปใช้ในการขับเคลื่อนรถยนต์ โดยมีผลิตผลที่ติดตามคือ คาร์บอน ไดออกไซด์ (CO2) ถ้าเรามีออกซิเจนให้เผาผลาญมาก แต่ถ้าเรามีออกซิเจนไม่มาก ผลิตผลที่เกิดขึ้นคือคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) นอกจากก็าซ CO2 และ CO แล้ว ก็มีไอน้ำเกิดขึ้นด้วย เพราะไฮโดรเจนที่มีในเชื้อเพลิงได้ไปรวมกับออกซิเจนในอากาศเกิดเป็นไอน้ำ ดังนั้น ถ้าไม่มีออกซิเจนในอากาศเลย ปฏิกิริยาเคมีใดๆ ที่กล่าวมานี้ก็ไม่เกิด แต่ในกรณีของร่างกายแทนที่จะมีน้ำมันเชื้อเพลิง เรามีน้ำตาล glucose ที่ประกอบด้วยคาร์บอนแทน ซึ่ง glucose นี้สามารถรวมกับออกซิเจนแล้วให้คาร์บอนไดออกไซด์กับไอน้ำเช่นกัน แต่ก็มีข้อแตกต่างว่าพลังงานที่ได้จากการเผาน้ำมันนั้นถูกนำไปใช้ทันที แต่ในกรณีการเผาผลาญเชื้อเพลิงในร่างกาย ร่างกายไม่ได้ใช้ พลังงานในทันทีทันใด เพราะร่างกายจะเก็บสะสมพลังงานในโมเลกุลชื่อ adenosine triphosphate (ATP) แทน

เพราะเหตุว่าเซลล์ของร่างกายทุกเซลล์ต้องการพลังงาน ดังนั้น เซลล์เหล่านี้จึงต้องมี ATP และต้องการออกซิเจนและตามปกติ ก๊าซออกซิเจนและตามปกติก๊าซออกซิเจนจากปอด จะถูกลำเลียงออกไปตามเลือด ดังนั้น เลือดจึงเป็นตัวนำออกซิเจนไปสู่เนื้อเยื่อต่างๆ ทั่วร่างกาย และเวลาเลือดไหลผ่านกล้ามเนื้อ เพราะเหตุว่า myoglobin ดูดซับออกซิเจนได้ดีกว่า hemoglobin ซึ่งเป็นสาร สีแดงในเม็ดเลือดแดง ออกซิเจนจึงถูกส่งผ่านจากเลือดไปสู่กล้ามเนื้อได้โดยง่าย

ความจริงก็มีว่าร่างกายคนไม่มีอวัยวะเก็บออกซิเจนในเนื้อเยื่อ ดังนั้น คนจึงต้องพึ่งพาออกซิเจนที่มากับเลือด แต่สัตว์ที่ดำน้ำลึก สามารถเก็บออกซิเจนได้ทั้งในเลือดและในเนื้อเยื่อของร่างกาย

ในการทดลองวัดความสามารถในการดำน้ำลึกของสัตว์นั้น นักทดลองทั้งสองได้ใช้ทะเล McMurdo ในทวีปแอนตาร์กติกา เป็นสถานที่ทดลอง ทะเลนี้มีน้ำแข็งปกคลุมหนา 2 เมตร มีบริเวณกว้าง 30 กิโลเมตร และยาว 60 กิโลเมตร แมวน้ำและเพนกวิน ที่ใช้ในการทดลองต้องดำน้ำอยู่ใต้น้ำแข็งนี้ โดยเขาได้เจาะน้ำแข็งลงเป็นรูเพียงรูเดียว เพื่อให้แมวน้ำและเพนกวินที่หลังจากดำลงไปแล้ว ต้องว่ายกลับขึ้นมาสู่รูเดิมอีก โดยการจับเวลาเขาก็สามารถจะวัดระยะลึกที่มันลงได้ไม่ยาก และเมื่อเขาวัดอัตราการเต้นของหัวใจ วัดอัตราการเผาผลาญพลังงาน วัดปริมาณออกซิเจนที่มีก่อนและหลังการดำน้ำเขาก็พบว่า แมวน้ำจะมีออกซิเจนอยู่ 87 ลูกบาศก์ มิลลิเมตร/น้ำหนักตัวของมัน 1 กิโลกรัม อยู่ในเลือดและกล้ามเนื้อส่วนในปอดของมันมีออกซิเจนอยู่ไม่ถึง 5% ของปริมาณออกซิเจน ทั้งหมดหรือสำหรับกรณีของเพนกวิน เขาก็พบว่าร่างกายมันมีออกซิเจนอยู่ถึง 53 ลูกบาศก์มิลลิเมตร/น้ำหนักตัว 1 กิโลกรัม ในขณะที่ร่างกายคนมีออกซิเจนเพียง 20 ลูกบาศก์เมตร/น้ำหนักตัว 1 กิโลกรัมเท่านั้นเอง

การมีออกซิเจนในร่างกายน้อยนี่เองที่ทำให้คนเป็นสัตว์ที่ดำน้ำได้ไม่ดี นอกจากข้อจำกัดนี้แล้วเขาก็ยังพบอีกว่าก่อนดำลงปอดของคน มีทั้งออกซิเจนและไนโตรเจนเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นพอเวลาดำขึ้น เมื่อความดันน้ำลด ไนโตรเจนที่มีในเลือดจะรวมตัวกันเป็นฟองอากาศ ทำให้ร่างกายเจ็บปวดมาก ข้อเสียนี้จึงจำกัดความสามารถของคน แต่ในสัตว์น้ำไม่มีปัญหาครับ