2.1挑战和概论

海洋哺乳类的潜水时间非常惊人。海洋哺乳动物生理学研究的一个中心问题是用肺呼吸的哺乳动物，如何凭单次呼吸在水下待那么长的时间。象海豹和剑吻鲸的潜水时间可长达两小时。而且许多品种在日常频繁的深潜中，只在水面停留短暂的时间，在潜水间隙只有短暂的休息。因此，这种潜水模式和长时间下潜的关键是去发现海洋哺乳动物下潜时的携氧量和潜水过程中氧的消耗速率。一般来说，海洋哺乳类贮存的氧含量比陆生动物要多。但是单纯的增生氧储备并不足以解释这个现象，更不用说那些长时间潜水的动物。调节氧消耗速度是潜水的基础。这种氧储备的管理方式能成功应对潜水反应（降低心率或心动过缓和血液在组织间的再分配）和高效的运动模式。最后，陆地哺乳动物不能适应身体的低血氧水平，而一些海洋哺乳动物已经展现出潜水时保持血氧水平很低的能力。因此，海洋哺乳动物能延长潜水时间是因为（1）携带更多的O2，（2）更有效地使用，（3）在非常低的血氧水平仍能有效使用血氧。

许多海洋哺乳动物在重复潜水的间隙，只有很短的时间浮出水面。由于哺乳动物运动是由有氧代谢产生ATP来支撑的，那么就会产生这样的观念，许多种类的这种潜水模式，绝大部分潜水时间是有氧的，且时间上是少于有氧潜水限度的（ADL，从开始潜水到潜水后血液乳酸积聚间的时间段）。

我们对氧储备、氧消耗速率、潜水反应及有氧潜水限度的认识有局限，是因为很难对放养的野生动物进行各类参数的测量。早期对海豹潜水生理的研究中会涉及到外力浸没，这种方法是在极端情况下测量相关数据。随着微处理技术的进步，我们已可以使用小型生理学记录器来记录自由潜水动物的各类数据。因为鳍足类在岸上时比较容易捕获，所以现在很多研究都在鳍足类身上开展。由于鲸类在开放海域潜水，且不易接近，所以测量数据是非常困难的。