Geometric analysis of airway trees shows that lung anatomy evolved to enable explosive ventilation and prevent barotrauma in cetaceans
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Two new biomechanical challenges faced cetacean lungs compared to their terrestrial ancestors. First, hydrostatic pressures encountered during deep dives are sufficient to cause nearly full lung collapse, risking substantial barotrauma during surfacing if air is trapped in the fragile smaller airways. Second, rapid ventilation in large cetaceans requires correspondingly high ventilatory flow rates. In order to investigate how airway geometry evolved in response to these challenges, we characterized airway geometry from 12 species of cetaceans that vary in common dive depth and ventilatory behavior and a domestic pig using computed tomography. After segmenting the major airways, we generated centerline networks models for the larger airways and computed geometric parameters for each tree including mean branching angle, percent volume fraction, and Strahler branching, diameter, and length ratios. When airway geometry was regressed against ventilatory and diving parameters with phylogenetic least squares, neither average branching angle, percent volume fraction, Strahler length ratio or Strahler branching ratio significantly varied with common ventilatory mode or common diving depth. Higher Strahler diameter ratios were associated with slower ventilation and deeper diving depth, suggesting that cetacean lungs have responded to biomechanical pressures primarily with changes in airway diameter. High Strahler diameter ratios lungs in deeper diving species may help to facilitate more complete collapse of the delicate terminal airways by providing for a greater incompressible volume for air storage at depth. On the other hand, lungs with low Strahler diameter ratios would be better for fast ventilation because the gradual decrease in diameter moving distally should keep peripheral flow resistance low, maximizing ventilatory flow rates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».