Dit is moeilik om te argumenteer met die stelling dat dit die natuur is wat die mees lewendige verbeelding het. Elkeen van die verteenwoordigers van flora en fauna het sy eie unieke, en soms selfs vreemde kenmerke wat dikwels nie in ons koppe pas nie. Neem byvoorbeeld dieselfde mantis-garnale. Hierdie roofdier is in staat om 'n slagoffer of oortreder met sy kragtige kloue teen 'n spoed van 83 km/h aan te val, en hul visuele stelsel is een van die mees komplekse wat nog deur die mens bestudeer is. Mantis-garnale, alhoewel kwaai, is nie besonder groot nie - tot 35 cm lank. Die grootste bewoner van die seë en oseane, sowel as die planeet in die algemeen, is die blouwalvis. Die lengte van hierdie soogdier kan meer as 30 meter bereik, en die gewig is 150 ton. Ten spyte van hul indrukwekkende grootte kan blouwalvisse kwalik formidabele jagters genoem word, want. hulle verkies plankton.
Die anatomie van blouwalvisse was nog altyd van belang vir wetenskaplikes wat beter wil verstaan hoe so 'n groot organisme en organe daarin werk. Ten spyte van die feit dat ons al 'n paar honderd jaar van die bestaan van blouwalvisse weet (sedert 1694, om meer presies te wees), het hierdie reuse nie al hul geheime geopenbaar nie. Vandag kyk ons na 'n studie waarin 'n groep wetenskaplikes van Stanford Universiteit 'n toestel ontwikkel het wat die eerste opnames van 'n blouwalvis se hartklop vasgelê het. Hoe werk die hart van die heerser van die see, watter ontdekkings het wetenskaplikes gemaak, en hoekom kan 'n organisme groter as 'n blouwalvis nie bestaan nie? Ons leer hieroor uit die verslag van die navorsingsgroep. Gaan.
Verkenningsheld
Die blouwalvis is die grootste soogdier, die grootste bewoner van die seë en oseane, die grootste dier, die grootste walvis. Wat kan ek sê, die blouwalvis is regtig die beste wat afmetings betref – 'n lengte van 33 meter en 'n gewig van 150 ton. Die syfers is benaderd, maar nie minder indrukwekkend nie.
Selfs die kop van hierdie reus verdien 'n aparte lyn in die Guinness Book of Records, aangesien dit ongeveer 27% van die totale liggaamslengte beslaan. Terselfdertyd is die oë van blouwalvisse redelik klein, nie groter as 'n pomelo nie. As dit vir jou moeilik sal wees om die oë van 'n walvis te sien, dan sal jy dadelik die mond opmerk. Die bek van 'n blouwalvis kan tot 100 mense hou ('n grillerige voorbeeld, maar blouwalvisse eet nie mense nie, ten minste nie doelbewus nie). Die groot grootte van die mond is te danke aan gastronomiese voorkeure: walvisse eet plankton, sluk groot volumes water in, wat hulle dan deur 'n sif vrystel, wat kos uitfiltreer. Onder redelik gunstige omstandighede neem die blouwalvis sowat 6 ton plankton per dag op.
Nog 'n belangrike kenmerk van blouwalvisse is hul longe. Hulle kan hul asem vir 1 uur ophou en duik tot 'n diepte van 100 m. Maar, soos ander seesoogdiere, kom blouwalvisse periodiek na die oppervlak van die water te voorskyn om asem te haal. As die walvisse na die oppervlak van die water styg, gebruik die blaasgat - 'n asemhalingsgat van twee groot gate (neusgate) op die agterkop. Die uitaseming van 'n walvis deur 'n blaasgat gaan dikwels gepaard met 'n vertikale fontein van water tot 10 m hoog.Gegewe die eienskappe van die habitat van walvisse, werk hul longe baie doeltreffender as ons s'n - walvislonge absorbeer 80-90% suurstof , en ons s'n slegs sowat 15%. Die volume van die longe is ongeveer 3 duisend liter, by mense wissel hierdie syfer in die omgewing van 3-6 liter.
Model van 'n blouwalvis se hart in 'n museum in New Bedford (VSA).
Die bloedsomloopstelsel van die blouwalvis is ook vol rekordparameters. Hulle vate is byvoorbeeld eenvoudig groot, die deursnee van die aorta alleen is ongeveer 40 cm.Die hart van blouwalvisse word as die grootste hart in die wêreld beskou en weeg ongeveer 'n ton. Met so 'n groot hart het 'n walvis baie bloed - meer as 8000 XNUMX liter in 'n volwassene.
En so het ons die essensie van die studie self glad benader. Die hart van die blouwalvis is groot, soos ons reeds verstaan het, maar dit klop taamlik stadig. Voorheen is geglo dat die polsslag ongeveer 5-10 slae per minuut is, in seldsame gevalle tot 20. Maar niemand het tot nou toe akkurate metings gemaak nie.
Wetenskaplikes van Stanford Universiteit sê dat die skaal in biologie van groot belang is, veral wanneer dit kom by die bepaling van die funksionele eienskappe van die organe van lewende wesens. Die studie van verskeie wesens, van muise tot walvisse, stel jou in staat om die groottelimiete te bepaal wat 'n lewende organisme nie kan oorskry nie. En die hart en die kardiovaskulêre stelsel as geheel is belangrike eienskappe van sulke studies.
By seesoogdiere, wie se fisiologie ten volle by hul lewenswyse aangepas is, speel duik- en asemhou-aanpassings 'n belangrike rol. Daar is gevind dat in baie sulke wesens, tydens 'n duik, die hartklop daal tot vlakke onder die rustende toestand. En wanneer jy na die oppervlak styg, word die hartklop vinniger.
Verlaagde hartklop tydens duik is nodig om die tempo van suurstoflewering aan weefsels en selle te verminder, en sodoende die proses van suurstofreserwes in die bloed uitput en suurstofverbruik deur die hart self te verminder.
Daar is 'n hipotese dat oefening (d.w.s. verhoogde fisieke aktiwiteit) die duikreaksie moduleer en hartklop tydens 'n duik verhoog. Hierdie hipotese is veral belangrik vir die studie van blouwalvisse, want as gevolg van die spesiale metode van voeding (uitstoot om water te sluk), moet die metaboliese tempo in teorie die basiswaardes (rustende toestand) met 50 keer oorskry. Daar word veronderstel dat sulke lunges die uitputting van suurstof versnel, en dus die duur van die duik verminder.
Die verhoogde hartklop en verhoogde suurstofoordrag van die bloed na die spiere tydens 'n long kan 'n belangrike rol speel as gevolg van die metaboliese koste van sulke fisiese aktiwiteit. Daarbenewens is dit die moeite werd om die lae konsentrasie in ag te neem mioglobien* (Mb) in blouwalvisse (5-10 keer laer as in ander seesoogdiere: 0.8 g Mb per 100 g-1 spier in blouwalvisse en 1.8-10 g Mb in ander seesoogdiere.
Mioglobien* - suurstofbindende proteïen van skeletspier en hartspier.
As gevolgtrekking verander fisieke aktiwiteit, duikdiepte en wilsbeheer die hartklop tydens duik deur die outonome senuweestelsel.
'n Bykomende faktor in die vermindering van die hartklop kan kompressie / uitbreiding van die longe wees tydens 'n duik / opstyg.
Dus, die hartklop tydens die duik en tydens die verblyf op die oppervlak is direk verwant aan die patrone van arteriële hemodinamika.
vinwalvis
'n Vroeëre studie van die biomeganiese eienskappe en afmetings van die aortawande in vinvisse (Balaenoptera physalus) het getoon dat tydens duik teen 'n hartklop ≤10 slae/min, die aortaboog 'n reservoir effek realiseer (Windkessel effek), wat bloedvloei vir lank handhaaf diastoliese periodes* tussen hartklop en verminder die pulsasie van bloedvloei in die rigiede distale aorta.
Diastool* (diastoliese tydperk) - die tydperk van ontspanning van die hart tussen kontraksies.
Al die hipoteses, teorieë en gevolgtrekkings wat hierbo beskryf word, moet wesenlike bewyse hê, dit wil sê, in die praktyk bevestig of weerlê word. Maar hiervoor moet jy 'n elektrokardiografie van 'n vry bewegende blouwalvis uitvoer. Eenvoudige metodes sal nie hier werk nie, want wetenskaplikes het hul eie toestel vir elektrokardiografie geskep.
’n Video waarin die navorsers kortliks oor hul werk praat.
Die walvis se EKG is aangeteken met 'n pasgemaakte EKG-opnemer wat in 'n spesiale kapsule met 4 suigkoppies ingebou is. Oppervlak-EKG-elektrodes is in twee van die suigkoppies ingebed. Die navorsers is per boot na Montereybaai (Stille Oseaan, naby Kalifornië). Toe wetenskaplikes uiteindelik 'n blouwalvis ontmoet wat na die oppervlak van die water gedryf het, het hulle 'n EKG-opnemer aan sy liggaam (langs die linkervin) vasgemaak. Volgens voorheen versamelde data is hierdie walvis 'n mannetjie op die ouderdom van 15 jaar. Dit is belangrik om daarop te let dat hierdie toestel nie-indringend is nie, dit wil sê dit vereis nie die inbring van enige sensors of elektrodes in die vel van die dier nie. Dit wil sê, vir die walvis is hierdie prosedure heeltemal pynloos en met minimale stres van menslike kontak, wat ook uiters belangrik is, aangesien hartkloplesings geneem word wat as gevolg van stres verwring kan word. Die resultaat was 'n 8.5-uur EKG-opname waaruit wetenskaplikes 'n hartklopprofiel kon bou (prent hieronder).
Prent #1: Blou walvis hartklopprofiel.
Die EKG-golfvorm was soortgelyk aan dié wat aangeteken is van klein walvisse in gevangenskap met dieselfde toestel. Die walvis se soekgedrag was redelik normaal vir sy spesie: duik vir 16.5 minute tot 'n diepte van 184 m en oppervlakintervalle van 1 tot 4 minute.
Die hartklopprofiel, in ooreenstemming met die kardiovaskulêre reaksie op die duik, het getoon dat 'n hartklop van 4 tot 8 slae per minuut oorheers het in die onderste fase van soekduike, ongeag die duikduur of maksimum diepte. Duik hartklop (bereken oor die hele duur van die duik) en minimum oombliklike hartklop tydens die duik het afgeneem met die duik duur, terwyl die maksimum post-duik oppervlak hartklop toegeneem het met die duik duur. Dit wil sê, hoe langer die walvis onder water was, hoe stadiger klop die hart tydens die duik en hoe vinniger na die opstyg.
Op sy beurt stel allometriese vergelykings vir soogdiere dat 'n walvis wat 70000 319 kg weeg 'n hart het wat 80 kg weeg, en sy slagvolume (die volume bloed wat per klop uitgestoot word) is ongeveer 15 liter, daarom moet die hartklop in rus XNUMX slae wees / min.
Tydens die laer fases van duike was die oombliklike hartklop 1/3 tot 1/2 van die voorspelde rustende hartklop. Die hartklop het egter tydens die opgangstadium toegeneem. Met oppervlakintervalle was die hartklop ongeveer twee keer die voorspelde rustende hartklop en het hoofsaaklik gewissel van 30 tot 37 slae per minuut na diep duike (>125 meter) en van 20 tot 30 slae per minuut na vlakker duike.
Hierdie waarneming kan aandui dat die versnelling van hartklop nodig is om die gewenste respiratoriese gaswisseling en herperfusie (herstel van bloedvloei) van weefsels tussen diep duike te bereik.
Vlak, kort nagduike word met rus geassosieer en is dus meer kenmerkend van 'n minder aktiewe toestand. Die tipiese hartklop wat gesien word met 'n 5-minute nagduik (8 slae per minuut) en die gepaardgaande 2-minute oppervlak-interval (25 slae per minuut) kan gesamentlik 'n hartklop in die orde van 13 slae per minuut tot gevolg hê. Hierdie syfer, soos ons kan sien, is verbasend naby aan die berekende voorspellings van allometriese modelle.
Die wetenskaplikes het toe die hartklop, diepte en relatiewe longkapasiteit van 4 afsonderlike duike geprofileer om die potensiële impak van fisieke aktiwiteit en diepte op hartklopregulering te ondersoek.
Beeld #2: Hartklop, diepte en relatiewe longvolume profiele van 4 afsonderlike duike.
Terwyl hy op groot dieptes kos eet, voer die walvis 'n sekere longmaneuver uit - hy maak sy mond skerp oop om water met plankton te sluk, en filtreer dan die kos uit. Daar is opgemerk dat die hartklop ten tyde van die sluk van water 2.5 keer hoër is as ten tyde van filtrasie. Dit dui direk op die afhanklikheid van die hartklop van fisiese aktiwiteit.
Wat die longe betref, is die effek daarvan op hartklop hoogs onwaarskynlik, aangesien geen betekenisvolle veranderinge in relatiewe longvolume tydens die betrokke duike waargeneem is nie.
Terselfdertyd, in die laer fases van vlak duike, is 'n korttermyn-toename in hartklop juis geassosieer met veranderinge in die relatiewe volume van die longe en kan dit veroorsaak word deur aktivering van die longrekreseptor.
Met die opsomming van die bogenoemde waarnemings, het die wetenskaplikes tot die gevolgtrekking gekom dat daar tydens voeding op groot dieptes 'n kort toename in hartklop met 2.5 keer is. Die gemiddelde piek hartklop tydens longe ten tye van voeding was egter steeds net die helfte van die voorspelde waarde tydens rus. Hierdie data stem ooreen met die hipotese dat die buigsame aortaboë van groot walvisse 'n reservoir-effek realiseer tydens stadige hartklop tydens duike. Daarbenewens het die reeks hoër harttempo's gedurende die post-duik periode die hipotese ondersteun dat aorta impedansie en kardiale werklading afneem tydens die oppervlak interval as gevolg van die vernietigende interferensie van uitgaande en gereflekteerde drukgolwe in die aorta.
Die uiterste bradikardie wat deur die navorsers waargeneem is, is 'n onverwagse resultaat van die studie, gegewe die kolossale inspanning wat die walvis vereis om uit te spring wanneer hy water met plankton sluk. Die metaboliese koste van hierdie maneuver kan egter nie ooreenstem met hartklop of konvektiewe suurstofvervoer nie, deels weens die kort duur van voeding en die moontlike werwing van glikolitiese, vinnige spiervesels.
Tydens 'n uitval versnel blouwalvisse tot hoë spoed en absorbeer 'n volume water wat groter as hul eie liggaam kan wees. Wetenskaplikes stel voor dat die hoë weerstand en energie wat nodig is om te maneuver vinnig die liggaam se totale suurstofvoorraad uitput, wat die duiktyd beperk. Die meganiese krag wat nodig is om groot volumes water te absorbeer sal waarskynlik die aërobiese metaboliese krag ver oorskry. Dit is hoekom tydens die uitvoering van sulke maneuvers die hartklop, hoewel dit toegeneem het, maar vir 'n baie kort tyd.
Vir 'n meer gedetailleerde kennismaking met die nuanses van die studie, beveel ek aan om na te kyk .
Epiloog
Een van die belangrikste bevindings is dat blouwalvisse byna maksimum harttempo benodig vir gaswisseling en herperfusie tydens kort oppervlakintervalle, ongeag die patroon van suurstofuitputting in bloed en spiere tydens duike. Aangesien groter blouwalvisse meer arbeid in 'n korter tydperk moet insit om voedsel te bekom (volgens die hipoteses van allometrie), staar hulle onvermydelik verskeie fisiologiese beperkings in die gesig, beide tydens die duik en tydens die oppervlakinterval. En dit beteken dat die grootte van hul liggaam evolusionêr beperk is, want as dit groter was, sou die proses om voedsel te bekom baie duur wees en nie vergoed word deur die voedsel wat ontvang word nie. Die navorsers glo self dat die hart van die blouwalvis op die grens van sy vermoëns werk.
In die toekoms beplan wetenskaplikes om die vermoëns van hul toestel uit te brei, insluitend die byvoeging van 'n versnellingsmeter om die impak van verskeie fisiese aktiwiteite op hartklop beter te verstaan. Hulle beplan ook om hul EKG-sensor op ander seelewe te gebruik.
Soos hierdie studie getoon het, is dit nie so maklik om die grootste wese met die grootste hart te wees nie. Dit maak egter nie saak hoe groot seediere is nie, maak nie saak watter dieet hulle volg nie, ons moet verstaan dat die waterkolom, wat deur mense vir visvang, mynbou en vervoer gebruik word, hul tuiste bly. Ons is slegs gaste, en daarom moet ons daarvolgens optree.
Vrydag buitekant:
Skaars beeldmateriaal van 'n blouwalvis wat die kapasiteit van sy bek demonstreer.
Nog 'n reus van die see is die spermwalvis. In hierdie video het wetenskaplikes wat 'n afstandbeheerde ROV Hercules gebruik, 'n nuuskierige spermwalvis op 'n diepte van 598 meter verfilm.
Dankie vir die kyk, bly nuuskierig en lekker naweek vir almal! 🙂
Dankie dat jy by ons gebly het. Hou jy van ons artikels? Wil jy meer interessante inhoud sien? Ondersteun ons deur 'n bestelling te plaas of by vriende aan te beveel, , 30% afslag vir Habr-gebruikers op 'n unieke analoog van intreevlakbedieners, wat deur ons vir jou uitgevind is: (beskikbaar met RAID1 en RAID10, tot 24 kerne en tot 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 keer goedkoper? Net hier in Nederland! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - vanaf $99! Lees van
Bron: will.com