Pinguïns moeten onder water duiken om hun voedsel in de oceaan te vangen. Pinguïns hebben echter zuurstof nodig om onder water te ademen. Voor de meeste soorten pinguïns duurt de gemiddelde onderwaterduik 6 minuten, omdat de meeste van hun prooien in de bovenste waterstand verblijven. De keizerpinguïn voedt zich echter met inktvis, vis of krill die diep onder water ligt, dus deze pinguïnsoort kan tot 20 minuten zijn adem inhouden. Het is ook bekend dat keizerspinguïns tot 1800 voet kunnen duiken om hun prooi te vinden. Van een andere soort, de Gentoo, is bekend dat hij tot 500 voet kan duiken. In tegenstelling tot zeehonden zijn pinguïns relatief klein, dus hun longen kunnen slechts zoveel zuurstof vasthouden. Ook beïnvloedt onderwatercompressie de longen en luchtzakken van de pinguïns. Deze cruciale luchtwegen kunnen slechts 1/3 van de nodige zuurstof leveren die nodig is voor elke duik.

Aanpassingen om effectief zuurstof te gebruiken

Onderzoek naar wilde pinguïns op Antarctica vertoont enkele verrassende aanpassingen in het bloed van de pinguïn en spierweefsel voor het verhogen van de zuurstof tijdens een duik onder water. Deze pinguïns waren uitgerust met speciale sensoren om hun luchtniveau te controleren. In tegenstelling tot mensen, laat de ultragevoelige hemoglobine die aanwezig is in de rode bloedcellen van de pinguïns toe dat de pinguïns effectief elk laatste molecuul zuurstof in hun systeem gebruiken om te duiken. Het bloed wordt voornamelijk naar het hart, de hersenen en andere belangrijke organen gestuurd. Penguin-hemoglobine is zo effectief dat pinguïns kunnen blijven duiken wanneer andere dieren ernstige weefselbeschadiging zouden krijgen. Bovendien helpt het spierweefsel van de pinguïn het ook efficiënt onder water te ademen. De spierweefsels van een pinguïn kunnen ook extra zuurstof opslaan door grote hoeveelheden myoglobine uit het bloedeiwit te gebruiken. Ook zorgt een speciaal enzym ervoor dat de spieren van de pinguïn kunnen werken zonder de aanwezigheid van zuurstof, terwijl de melkzuuropbouw wordt geneutraliseerd. Wanneer de pinguïns de oppervlakte bereiken en terugkeren naar de normale ademhaling, kunnen ze deze opeenhoping van melkzuur verdrijven. Om verder te besparen op het zuurstofverbruik, kunnen pinguïns hun hartslag verlagen tot vijf slagen per minuut. Door minder energie te gebruiken, kunnen deze vogels hun tijd onder water verdiepen.

Zwemmen en ademen nabij het wateroppervlak

Pinguïns zwemmen het meest efficiënt in diepere waterstanden, maar soms is het mogelijk nodig om aan het wateroppervlak te zwemmen. Sommige soorten pinguïns gebruiken een ademhalingstechniek en zwemmen techniek genaamd bruinvissen, genoemd naar bruinvissen en dolfijnen. De vogels komen voor lucht, inhaleren vervolgens en ademen snel uit. Ze beginnen dan te ademen zonder hun beweging voorwaarts te onderbreken. Ze springen in en uit het water. De pinguïns kunnen een snelheid tot 6 mph behouden tijdens het bruinvissen. Deze bruinvismethode wordt echter meestal niet gezien in King of Keizerspinguïns.