Recientemente, hemos sido testigos de lo que la enorme presión del fondo del mar puede provocar en una estructura tan sólida como un submarino, fabricado con los materiales más resistentes y con una forma diseñada específicamente para soportar altas presiones. Basta un ligero desperfecto, un defecto en su estructura o un fallo de seguridad, para que un submarino colapse como una lata de refresco vacía bajo el peso de miles de toneladas de agua. El submarino Titán, trágicamente destruido en las proximidades del pecio del Titanic, hizo implosión bajo 400 atmósferas de presión, equivalente a 4000 toneladas por metro cuadrado de superficie, en todas las direcciones a la vez. ¿Cómo es posible, entonces, que animales como los peces o los cetáceos, criaturas con muchas más irregularidades, compuestos esencialmente de huesos, vísceras, músculos y piel, son capaces de soportar semejantes presiones? ¿Cómo hacen estos seres vivos para sobrevivir a miles de toneladas por metro cuadrado de presión en el fondo del mar?
La presión en el fondo del mar: un desafío constante
¿Por qué hay más presión en el fondo del mar?
La presión en el fondo del mar es un fenómeno que se intensifica con la profundidad. A medida que descendemos, el peso del agua sobre nosotros aumenta, lo que resulta en una mayor presión. Esta presión se incrementa aproximadamente en una atmósfera por cada diez metros de profundidad. En el fondo del océano, donde la profundidad puede superar los 10000 metros, la presión puede alcanzar niveles asombrosos. Este aumento de presión es una consecuencia directa de la densidad del agua y la gravedad, que actúan conjuntamente para generar un entorno desafiante para la vida.
Impacto de la presión en estructuras como submarinos
La presión en el fondo del mar no solo afecta a los organismos vivos, sino también a las estructuras humanas que intentan explorar estas regiones. Submarinos y vehículos de investigación deben estar diseñados para soportar la presión extrema, lo que implica el uso de materiales resistentes y formas estructurales específicas. Sin embargo, incluso con estas precauciones, un pequeño defecto puede llevar al colapso de la estructura, como se ha visto en incidentes trágicos en el pasado.
No es la presión lo que causa el colapso
Antes que nada, hay que aclarar que la causa del colapso de una estructura no es la presión, sino la diferencia de presión entre el interior y el exterior. En todo sistema, mientras la temperatura se conserve, la presión es inversamente proporcional al volumen; cuando un objeto aumenta de volumen reduce presión, mientras que si aumenta la presión reduce su volumen. Si el objeto está relleno de aire y se cierra de forma estanca, como un submarino o un avión, el interior mantiene la presión ambiental que había en el momento en que se cerraron las escotillas. Si se hizo al nivel del mar, la presión es aproximadamente de una atmósfera.
Diferencia entre presión interna y externa
Cuando se desciende a las profundidades del mar, la presión del exterior aumenta a razón aproximada de una atmósfera por cada diez metros; mientras, en el interior del aparato, se conserva esa presión inicial. En el sistema, las presiones tienden siempre a igualarse, por lo que la presión exterior intenta aplastar el objeto hasta que su presión interna se iguala a la del entorno. Incluso sin roturas, el colapso puede suceder, ya que el aire es un gas fácil de comprimir. Solo la forma y la estructura del objeto impiden que suceda.
El mismo fenómeno, pero en sentido contrario, ocurre durante el ascenso de un avión; la menor presión del entorno a elevada altitud hace que la presión del interior empuje hacia afuera las paredes del vehículo, que tratará de hincharse —el aire también puede dilatarse—. De nuevo, la forma y la estructura impiden que se expanda —o que explote—. Cuando hay una rotura a gran altitud, el aire sale despedido violentamente hasta que la presión del interior y del exterior se igualan.
Adaptaciones de los peces para resistir la presión
¿Cómo soportan la presión los peces abisales?
Al contrario de un submarino, los peces y los cetáceos no son objetos huecos. En su interior, órganos y tejidos están compuestos por células, que son principalmente sacos rellenos de agua. El aire se puede comprimir con facilidad, pero el agua es mucho más difícil de comprimir. De ese modo, los animales a gran profundidad pueden igualar la presión del entorno sin necesidad de perder volumen, y por lo tanto, sin colapsar.
La vejiga natatoria y el ajuste de presión
Muchos peces disponen de un saco interno, llamado vejiga natatoria, que pueden inflar o desinflar a través del intercambio de gases con la sangre. Basta, en consecuencia, con desinflar la vejiga natatoria para que la presión del interior del cuerpo se iguale con la del exterior, y puedan nadar sin problemas. Cuando están a profundidades seguras, los peces inflan su vejiga natatoria, lo que les permite ascender por flotación.
Adaptaciones evolutivas para diferentes profundidades
Sin embargo, no todos los peces tienen la misma plasticidad para moverse por la columna de agua. Al fin y al cabo, estos animales han evolucionado en entornos a altas presiones y se han adaptado a ellas. Lo habitual es que los peces vivan en un rango de profundidades adecuado a su fisiología. Sumergirse a mayor profundidad de la que se está adaptado puede hacer que los órganos internos colapsen y el pez muera; y animales de gran profundidad, como el conocido y memético pez borrón (Psychrolutes marcidus) se expanden, se deforman y mueren si ascienden a presiones inferiores de las que su cuerpo esté adaptado a soportar.
Los cetáceos y su capacidad para enfrentar la presión
La presión en el fondo del mar es un fenómeno que se intensifica con la profundidad. A medida que descendemos, el peso del agua sobre nosotros aumenta, lo que resulta en una mayor presión. Esta presión se incrementa aproximadamente en una atmósfera por cada diez metros de profundidad. En el fondo del océano, donde la profundidad puede superar los 10,000 metros, la presión puede alcanzar niveles asombrosos, ejerciendo una fuerza inmensa sobre cualquier objeto o ser vivo que se encuentre allí. Este aumento de presión es una consecuencia directa de la densidad del agua y la gravedad, que actúan conjuntamente para generar un entorno desafiante para la vida.
Los pulmones de los cetáceos y la necesidad de respirar
Los cetáceos son harina de otro costal. El narval puede sumergirse hasta 1800 metros; el cachalote puede bucear a 2200 metros; y se ha llegado a registrar un zifio de Cuvier que superó los 2900 metros de profundidad. Hay animales que viven mucho más abajo, pero estos cetáceos de récord tienen dos particularidades que los hacen especiales.
Problema del 'mal del buceador' en cetáceos
En primer lugar: son animales que necesitan el aire para respirar, por lo que tras cada incursión, independientemente de la profundidad, deben subir a la superficie a respirar; es decir, que en unas decenas de minutos pueden cambiar de presión de cientos de atmósferas, a la presión atmosférica. Este cambio continuado puede desembocar en el problema denominado ‘mal del buceador’ o síndrome de descompresión; el nitrógeno presente en el aire de los pulmones se acumula en la sangre al descender, y al volver a subir, puede producir burbujas causantes de embolias.
Y en segundo lugar: son animales con pulmones, que, en esencia, son sacos con aire. El aire puede comprimirse y los pulmones pueden colapsar.
Capacidad de los cetáceos para almacenar oxígeno
Para evitar ambos problemas, los cetáceos cuentan con un curioso sistema: la capacidad de contraer, parcial o totalmente, sus pulmones. Almacenan el oxígeno necesario en la sangre, que cuenta con una mayor cantidad y tamaño de glóbulos rojos, y reducen al mínimo el tamaño de sus pulmones —que ya de por sí, son pequeños en relación con el tamaño de su cuerpo—. De este modo, evitan que el nitrógeno se infiltre en la sangre, y que se mantenga aire en el interior de su cuerpo que pueda llevarles al colapso.
El cachalote y el uso de grasa para controlar su densidad
En el cachalote, se da una adaptación adicional digna de admiración. En su cabeza —de tamaño descomunal— cuenta con una acumulación masiva de grasa que cambia de estado, de sólido a líquido, en función de la irrigación sanguínea. Cuando el cachalote se va a sumergir, cierra los vasos sanguíneos, disminuye la temperatura y la grasa se solidifica, reduciendo su volumen y haciéndose más densa. Esto le sirve de lastre para descender a gran velocidad, en sentido casi vertical. Cuando quiere ascender, dilata los vasos sanguíneos, el calor licúa la grasa, que aumenta su volumen y reduce su densidad, y le sirve al animal de boya. Así puede ascender y descender rápidamente, con el mínimo esfuerzo.
Conclusiones sobre las adaptaciones al entorno marino
La vida en las profundidades marinas presenta desafíos extremos, especialmente debido a la enorme presión que aumenta con la profundidad. Los peces y cetáceos han desarrollado adaptaciones fascinantes para prosperar en este entorno hostil. Los peces abisales, por ejemplo, tienen cuerpos compuestos principalmente de agua, lo que les permite soportar la presión sin cambiar de volumen. Estas adaptaciones son un testimonio de la increíble capacidad evolutiva de la vida marina para enfrentar la presión extrema del océano profundo.
Referencias
- Clarke, M. R. 1978. Buoyancy Control as a Function of the Spermaceti Organ in the Sperm Whale. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 58(1), 27-71. DOI: 10.1017/S0025315400024395
- Fahlman, A. et al. 2017. Respiratory function and mechanics in pinnipeds and cetaceans. Journal of Experimental Biology, 220(10), 1761-1773. DOI: 10.1242/jeb.126870
- Jakub, L. 2015. Who Swims with the Blobfish?: Anthropomorphic Bias in Conservation. The Morningside Review, 11.
- MacKay, J. R. et al. 2011. Quantifying the accuracy of numerical collapse predictions for the design of submarine pressure hulls. Thin-Walled Structures, 49(1), 145-156. DOI: 10.1016/j.tws.2010.08.015
