من الصعب الجدال مع القول بأن الطبيعة هي التي تمتلك خيالًا أكثر وضوحًا. يتمتع كل ممثل من ممثلي النباتات والحيوانات بميزاته الفريدة ، وأحيانًا الغريبة التي لا تتناسب مع رؤوسنا في كثير من الأحيان. خذ على سبيل المثال نفس القريدس فرس النبي. هذا المخلوق المفترس قادر على مهاجمة الضحية أو الجاني بمخالبه القوية بسرعة 83 كم / ساعة ، ونظامهم البصري هو واحد من أكثر الأنظمة التي درسها الإنسان تعقيدًا على الإطلاق. روبيان فرس النبي ، على الرغم من شدته ، إلا أنه ليس كبيرًا بشكل خاص - يصل طوله إلى 35 سم. أكبر سكان البحار والمحيطات ، وكذلك الكوكب بشكل عام ، هو الحوت الأزرق. يمكن أن يصل طول هذه الثدييات إلى أكثر من 30 مترًا ، ووزنها 150 طنًا. على الرغم من حجمها المثير للإعجاب ، بالكاد يمكن تسمية الحيتان الزرقاء بالصيادين الهائلين ، لأن. إنهم يفضلون العوالق.
لطالما كان تشريح الحيتان الزرقاء محل اهتمام العلماء الذين يرغبون في فهم أفضل لكيفية عمل مثل هذا الكائن الحي والأعضاء الضخمة فيه. على الرغم من حقيقة أننا نعرف عن وجود الحيتان الزرقاء لعدة مئات من السنين (منذ 1694 ، على وجه الدقة) ، فإن هؤلاء العمالقة لم يكشفوا عن كل أسرارهم. اليوم ، نلقي نظرة على دراسة طور فيها مجموعة من العلماء من جامعة ستانفورد جهازًا يلتقط التسجيلات الأولى لنبضات قلب حوت أزرق. كيف يعمل قلب حاكم البحار ، وما هي الاكتشافات التي توصل إليها العلماء ، ولماذا لا يوجد كائن حي أكبر من الحوت الأزرق؟ نتعلم عن هذا من تقرير مجموعة البحث. يذهب.
بطل الاستكشاف
الحوت الأزرق هو أكبر حيوان ثديي ، أكبر سكان البحار والمحيطات ، أكبر حيوان ، أكبر حوت. ماذا يمكنني أن أقول ، الحوت الأزرق هو الأفضل حقًا من حيث الأبعاد - طوله 33 مترًا ووزنه 150 طنًا. الأرقام تقريبية ، لكنها ليست أقل إثارة للإعجاب.
حتى رأس هذا العملاق يستحق سطرًا منفصلاً في كتاب غينيس للأرقام القياسية ، حيث يحتل حوالي 27٪ من إجمالي طول الجسم. في الوقت نفسه ، فإن عيون الحيتان الزرقاء صغيرة جدًا ، وليست أكبر من الجريب فروت. إذا كان من الصعب عليك رؤية عيون الحوت ، فستلاحظ الفم على الفور. يمكن أن يستوعب فم الحوت الأزرق ما يصل إلى 100 شخص (مثال زاحف ، لكن الحيتان الزرقاء لا تأكل الناس ، على الأقل ليس عن قصد). يرجع الحجم الكبير للفم إلى تفضيلات تذوق الطعام: تأكل الحيتان العوالق ، وتبتلع كميات هائلة من الماء ، ثم تطلقها من خلال غربال ، لتصفية الطعام. في ظل ظروف مواتية إلى حد ما ، يمتص الحوت الأزرق حوالي 6 أطنان من العوالق يوميًا.
ميزة أخرى مهمة للحيتان الزرقاء هي رئتيهم. إنهم قادرون على حبس أنفاسهم لمدة ساعة والغوص حتى عمق 1 متر ، ولكن ، مثل الثدييات البحرية الأخرى ، تظهر الحيتان الزرقاء بشكل دوري على سطح الماء للتنفس. عند صعودها إلى سطح الماء ، تستخدم الحيتان فتحة النفخ - وهي فتحة تنفس من فتحتين كبيرتين (فتحات أنف) في مؤخرة الرأس. غالبًا ما يكون زفير الحوت من خلال ثقب النفخ مصحوبًا بنافورة عمودية من الماء يصل ارتفاعها إلى 100 أمتار. نظرًا لخصائص موطن الحيتان ، تعمل رئتيها بكفاءة أكبر بكثير من رئتينا - تمتص رئتا الحوت 10-80٪ من الأكسجين ، ولنا حوالي 90٪ فقط. يبلغ حجم الرئتين حوالي 15 آلاف لتر ، ويختلف هذا الرقم عند الإنسان في حدود 3-3 لترات.
نموذج لقلب حوت أزرق في متحف في نيو بيدفورد (الولايات المتحدة الأمريكية).
كما أن نظام الدورة الدموية للحوت الأزرق مليء بالمعلمات القياسية. على سبيل المثال ، أوعيتهم ضخمة ببساطة ، يبلغ قطر الشريان الأورطي وحده حوالي 40 سم ، ويعتبر قلب الحيتان الزرقاء أكبر قلب في العالم ويزن حوالي طن. مع مثل هذا القلب الكبير ، يكون لدى الحوت الكثير من الدم - أكثر من 8000 لتر في شخص بالغ.
وهكذا اقتربنا بسلاسة من جوهر الدراسة نفسها. قلب الحوت الأزرق كبير ، كما فهمنا بالفعل ، لكنه ينبض ببطء. في السابق ، كان يُعتقد أن النبض يبلغ حوالي 5-10 نبضة في الدقيقة ، وفي حالات نادرة يصل إلى 20. لكن لم يقم أحد بإجراء قياسات دقيقة حتى الآن.
يقول علماء من جامعة ستانفورد أن المقياس في علم الأحياء له أهمية كبيرة ، خاصة عندما يتعلق الأمر بتحديد الخصائص الوظيفية لأعضاء الكائنات الحية. تسمح لك دراسة الكائنات المختلفة ، من الفئران إلى الحيتان ، بتحديد حدود الحجم التي لا يمكن للكائن الحي تجاوزها. والقلب والجهاز القلبي الوعائي ككل سمات مهمة لمثل هذه الدراسات.
في الثدييات البحرية ، التي تكيفت وظائفها تمامًا مع طريقة حياتها ، يلعب الغوص والتكيف مع حبس الأنفاس دورًا مهمًا. لقد وجد أنه في العديد من هذه المخلوقات ، أثناء الغوص ، ينخفض معدل ضربات القلب إلى مستويات أقل من حالة الراحة. وعندما ترتفع إلى السطح ، يصبح معدل ضربات القلب أسرع.
يعد انخفاض معدل ضربات القلب أثناء الغوص أمرًا ضروريًا لتقليل معدل توصيل الأكسجين للأنسجة والخلايا ، وبالتالي إبطاء عملية استنفاد مخزون الأكسجين في الدم وتقليل استهلاك القلب نفسه للأكسجين.
هناك فرضية مفادها أن التمرين (أي زيادة النشاط البدني) يعدل استجابة الغوص ويزيد من معدل ضربات القلب أثناء الغوص. هذه الفرضية مهمة بشكل خاص لدراسة الحيتان الزرقاء ، لأنه بسبب طريقة التغذية الخاصة (الاندفاع لابتلاع الماء) ، يجب أن يتجاوز معدل التمثيل الغذائي ، من الناحية النظرية ، القيم الأساسية (حالة الراحة) بمقدار 50 مرة. من المفترض أن مثل هذه الاندفاعات تسرع من استنفاد الأكسجين ، وبالتالي تقلل من مدة الغوص.
قد يلعب معدل ضربات القلب المتزايد وزيادة نقل الأكسجين من الدم إلى العضلات أثناء الاندفاع دورًا مهمًا بسبب التكلفة الأيضية لمثل هذا النشاط البدني. بالإضافة إلى ذلك ، يجدر النظر في التركيز المنخفض الميوغلوبين * (ميجابايت) في الحيتان الزرقاء (5-10 مرات أقل من الثدييات البحرية الأخرى: 0.8 جم لكل 100 جم -1 عضلة في الحيتان الزرقاء و 1.8-10 جم ميجابايت في الثدييات البحرية الأخرى.
الميوغلوبين * - البروتين المرتبط بالأكسجين للعضلات الهيكلية وعضلة القلب.
في الختام ، يغير النشاط البدني وعمق الغوص والتحكم الإرادي معدل ضربات القلب أثناء الغوص من خلال الجهاز العصبي اللاإرادي.
قد يكون عامل إضافي في تقليل معدل ضربات القلب هو ضغط / توسع الرئتين أثناء الغوص / الصعود.
وبالتالي ، فإن معدل ضربات القلب أثناء الغوص وأثناء البقاء على السطح يرتبط ارتباطًا مباشرًا بأنماط ديناميكا الدم الشريانية.
زعنفة الحوت
دراسة سابقة للخصائص الميكانيكية الحيوية وأبعاد جدران الأبهر في الحيتان الزعنفية (Balaenoptera Physalus) أظهر أنه أثناء الغوص بمعدل ضربات قلب ≤10 نبضة / دقيقة ، يحقق القوس الأبهري تأثير الخزان (تأثير Windkessel) ، الذي يحافظ على تدفق الدم لفترة طويلة فترات الانبساطي * بين ضربات القلب ويقلل من نبض تدفق الدم إلى الشريان الأورطي القاصي الصلب.
انبساط * (الفترة الانبساطية) - فترة ارتخاء القلب بين الانقباضات.
يجب أن تحتوي جميع الفرضيات والنظريات والاستنتاجات الموضحة أعلاه على أدلة مادية ، أي يتم تأكيدها أو دحضها في الممارسة العملية. ولكن لهذا تحتاج إلى إجراء تخطيط كهربائي للقلب لحوت أزرق يتحرك بحرية. لن تعمل الطرق البسيطة هنا ، لأن العلماء قد ابتكروا أجهزتهم الخاصة لتخطيط القلب.
فيديو يتحدث فيه الباحثون بإيجاز عن عملهم.
تم تسجيل مخطط كهربية القلب للحوت باستخدام مسجل ECG مصنوع خصيصًا مدمج في كبسولة خاصة مع 4 أكواب شفط. تم تضمين أقطاب ECG السطحية في اثنين من أكواب الشفط. ذهب الباحثون بالقارب إلى خليج مونتيري (المحيط الهادئ ، بالقرب من كاليفورنيا). عندما التقى العلماء أخيرًا بحوت أزرق طاف على سطح الماء ، قاموا بتوصيل مسجل ECG بجسمه (بجوار الزعنفة اليسرى). وفقًا للبيانات التي تم جمعها سابقًا ، فإن هذا الحوت ذكر يبلغ من العمر 15 عامًا. من المهم ملاحظة أن هذا الجهاز غير جراحي ، أي أنه لا يتطلب إدخال أي أجهزة استشعار أو أقطاب كهربائية في جلد الحيوان. هذا ، بالنسبة للحوت ، هذا الإجراء غير مؤلم تمامًا وبأدنى حد من الإجهاد الناتج عن الاتصال البشري ، وهو أمر مهم للغاية أيضًا ، نظرًا لأنه يتم أخذ قراءات ضربات القلب التي يمكن أن تتشوه بسبب الإجهاد. كانت النتيجة تسجيل ECG لمدة 8.5 ساعة تمكن العلماء من بناء ملف تعريف معدل ضربات القلب (الصورة أدناه).
الصورة رقم 1: ملف تعريف معدل ضربات قلب الحوت الأزرق.
كان شكل موجة ECG مشابهًا لتلك المسجلة من الحيتان الصغيرة في الأسر باستخدام نفس الجهاز. كان سلوك البحث عن الطعام للحوت طبيعيًا جدًا بالنسبة لأنواعه: الغوص لمدة 16.5 دقيقة حتى عمق 184 مترًا وفترات السطح من 1 إلى 4 دقائق.
أظهر ملف معدل ضربات القلب ، المتوافق مع استجابة القلب والأوعية الدموية للغوص ، أن معدل ضربات القلب من 4 إلى 8 نبضة في الدقيقة ساد في المرحلة السفلية من غطس البحث عن الطعام ، بغض النظر عن مدة الغوص أو أقصى عمق. انخفض معدل ضربات القلب أثناء الغوص (محسوبًا طوال مدة الغوص) وأدنى معدل لضربات القلب اللحظية أثناء الغوص مع مدة الغوص ، بينما زاد معدل ضربات القلب على السطح بعد الغوص مع مدة الغوص. أي أنه كلما طالت فترة بقاء الحوت تحت الماء ، كان نبض القلب أبطأ أثناء الغوص وأسرع بعد الصعود.
في المقابل ، تنص المعادلات التماثلية للثدييات على أن الحوت الذي يزن 70000 كجم له قلب يزن 319 كجم ، وحجم جلطته (حجم الدم المقذوف لكل نبضة) حوالي 80 لترًا ، لذلك يجب أن يكون معدل ضربات القلب عند الراحة 15 نبضة / دقيقة.
خلال المراحل الدنيا من الغطس ، كان معدل ضربات القلب اللحظي 1/3 إلى 1/2 من معدل ضربات القلب المتوقع أثناء الراحة. ومع ذلك ، زاد معدل ضربات القلب خلال مرحلة الصعود. على فترات السطح ، كان معدل ضربات القلب حوالي ضعف معدل ضربات القلب المتوقع أثناء الراحة وتراوح في الغالب من 30 إلى 37 نبضة في الدقيقة بعد الغوص العميق (> 125 مترًا) ومن 20 إلى 30 نبضة في الدقيقة بعد الغطس السطحي.
قد تشير هذه الملاحظة إلى أن تسريع معدل ضربات القلب ضروري لتحقيق التبادل الغازي التنفسي المطلوب وإعادة ضخ الأنسجة (استعادة تدفق الدم) بين الغطسات العميقة.
ارتبطت الغطس الليلي الضحل والقصير بالراحة ، وبالتالي فهي أكثر خصائص الحالة الأقل نشاطًا. يمكن أن تؤدي معدلات ضربات القلب النموذجية عند الغوص الليلي لمدة 5 دقائق (8 نبضة في الدقيقة) والفاصل الزمني المصاحب لمدة دقيقتين (2 نبضة في الدقيقة) إلى معدل ضربات قلب بمعدل 25 نبضة في الدقيقة. هذا الرقم ، كما نرى ، قريب بشكل مدهش من التنبؤات المحسوبة للنماذج التماثلية.
ثم حدد العلماء معدل ضربات القلب والعمق وسعة الرئة النسبية لأربع غطسات منفصلة لاستكشاف التأثير المحتمل للنشاط البدني والعمق على تنظيم معدل ضربات القلب.
الصورة # 2: معدل ضربات القلب والعمق وحجم الرئة النسبي من 4 غطسات منفصلة.
أثناء تناول الطعام على أعماق كبيرة ، يقوم الحوت بمناورة اندفاع معينة - يفتح فمه بحدة لابتلاع الماء مع العوالق ، ثم يقوم بتصفية الطعام. لوحظ أن معدل ضربات القلب في وقت بلع الماء يزيد 2.5 مرة عن وقت التصفية. يشير هذا بشكل مباشر إلى اعتماد معدل ضربات القلب على النشاط البدني.
أما بالنسبة للرئتين ، فإن تأثيرهما على معدل ضربات القلب غير محتمل للغاية ، حيث لم يلاحظ أي تغيرات كبيرة في حجم الرئة النسبي أثناء الغطس المعني.
في الوقت نفسه ، في المراحل الدنيا من الغطس الضحل ، ارتبطت الزيادة قصيرة المدى في معدل ضربات القلب على وجه التحديد بالتغيرات في الحجم النسبي للرئتين ويمكن أن تكون ناجمة عن تنشيط مستقبل تمدد الرئة.
تلخيصًا للملاحظات المذكورة أعلاه ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أنه أثناء التغذية على أعماق كبيرة ، هناك زيادة قصيرة في معدل ضربات القلب بمقدار 2.5 مرة. ومع ذلك ، فإن متوسط معدل ضربات القلب أثناء الطعنات في وقت التغذية كان لا يزال نصف القيمة المتوقعة عند الراحة. تتوافق هذه البيانات مع الفرضية القائلة بأن الأقواس الأبهري المرنة للحيتان الكبيرة تدرك تأثير الخزان أثناء معدلات ضربات القلب البطيئة أثناء الغوص. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نطاق معدلات ضربات القلب المرتفعة خلال فترة ما بعد الغوص يدعم الفرضية القائلة بأن مقاومة الأبهر وعبء العمل القلبي ينخفضان خلال الفترة السطحية بسبب التداخل المدمر لموجات الضغط الخارجة والمنعكسة في الشريان الأورطي.
بطء القلب الشديد الذي لاحظه الباحثون هو نتيجة غير متوقعة للدراسة ، بالنظر إلى الجهد الهائل الذي يتطلبه الحوت للاندفاع عند ابتلاع الماء بالعوالق. ومع ذلك ، قد لا تتطابق تكلفة التمثيل الغذائي لهذه المناورة مع معدل ضربات القلب أو نقل الأكسجين بالحمل الحراري ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قصر مدة التغذية والتجنيد المحتمل للألياف العضلية الحالة للجلوكوز وسريعة الارتعاش.
أثناء الاندفاع ، تتسارع الحيتان الزرقاء إلى سرعات عالية وتمتص كمية من الماء يمكن أن تكون أكبر من جسمها. يقترح العلماء أن المقاومة العالية والطاقة اللازمتين للمناورة تستنفد بسرعة إمداد الجسم بالأكسجين الكلي ، مما يحد من وقت الغوص. القوة الميكانيكية المطلوبة لامتصاص كميات كبيرة من الماء من المرجح أن تتجاوز بكثير القوة الأيضية الهوائية. هذا هو السبب في أثناء أداء مثل هذه المناورات ، فإن معدل ضربات القلب ، على الرغم من أنه زاد ، ولكن لفترة قصيرة جدًا.
لمزيد من التعارف المفصل مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالنظر .
خاتمة
أحد أهم النتائج هو أن الحيتان الزرقاء تتطلب معدلات قلب شبه قصوى لتبادل الغازات وضخه خلال فترات سطحية قصيرة ، بغض النظر عن نمط استنفاد الأكسجين في الدم والعضلات أثناء الغوص. بالنظر إلى أن الحيتان الزرقاء الكبيرة تضطر إلى بذل المزيد من العمل في فترة زمنية أقصر للحصول على الطعام (وفقًا لفرضيات قياس التباين) ، فإنها تواجه حتماً العديد من القيود الفسيولوجية أثناء الغوص وأثناء فترة السطح. وهذا يعني أن حجم أجسامهم من الناحية التطورية محدود ، لأنه إذا كان أكبر ، فإن عملية الحصول على الطعام ستكون مكلفة للغاية ولن يتم تعويضها بالطعام الذي يتلقونه. يعتقد الباحثون أنفسهم أن قلب الحوت الأزرق يعمل بأقصى إمكانياته.
في المستقبل ، يخطط العلماء لتوسيع قدرات أجهزتهم ، بما في ذلك إضافة مقياس تسارع لفهم تأثير الأنشطة البدنية المختلفة على معدل ضربات القلب بشكل أفضل. كما يخططون أيضًا لاستخدام مستشعر تخطيط كهربية القلب (ECG) في الحياة البحرية الأخرى.
كما أوضحت هذه الدراسة ، فإن كونك أكبر مخلوق ذو قلب أكبر ليس بالأمر السهل. ومع ذلك ، بغض النظر عن حجم الكائنات البحرية الكبيرة ، وبغض النظر عن النظام الغذائي الذي تتبعه ، فنحن بحاجة إلى فهم أن عمود الماء ، الذي يستخدمه البشر في الصيد والتعدين والنقل ، يظل موطنهم. نحن ضيوف فقط ، وبالتالي يجب أن نتصرف وفقًا لذلك.
الجمعة خارج القمة:
لقطات نادرة لحوت أزرق يوضح قدرة فمه.
عملاق البحار الآخر هو حوت العنبر. في هذا الفيديو ، قام العلماء باستخدام ROV Hercules بالتحكم عن بعد بتصوير حوت منوي فضولي على عمق 598 مترًا.
شكرًا على المشاهدة ، ابق فضوليًا واستمتع بعطلة نهاية أسبوع رائعة للجميع! 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المحتوى المثير للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، , خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم المبتدئة ، والتي اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com