Складана спрачацца са сцвярджэннем, што самым яркім уяўленнем валодае менавіта прырода. Кожны з прадстаўнікоў флоры і фауны валодае сваімі ўнікальнымі, а часам нават дзіўнымі асаблівасцямі, якія часта не ўкладваюцца ў нас у галаве. Узяць, да прыкладу, таго ж рака-багамола. Гэтае драпежнае стварэнне здольна атакаваць ахвяру або крыўдзіцеля сваімі магутнымі клюшнямі з хуткасцю 83 км/г, а іх глядзельная сістэма адна з найскладанейшых калі-небудзь вывучаных чалавекам. Ракі-багамолы, хоць і лютыя, але не асабліва буйныя - да 35 см у даўжыню. Самым жа буйным насельнікаў мораў і акіянаў, як увогуле і планеты, з'яўляецца сіні кіт. Даўжыня гэтага сысуна можа дасягаць больш за 30 метраў, а вага 150 тон. Нягледзячы на вялікія габарыты, сініх кітоў складана назваць грознымі паляўнічымі, т.я. яны аддаюць перавагу планктону.
Анатомія сініх кітоў заўсёды цікавіла навукоўцаў, якія жадаюць лепш зразумець, як працуе такі велізарны арганізм і органы ў ім. Нягледзячы на тое, што пра існаванне сініх кітоў мы ведаем ужо некалькі сотняў гадоў (з 1694 гады, калі дакладней), гэтыя гіганты расчынілі далёка не ўсе свае сакрэты. Сёння мы з вамі пазнаёмімся з даследаваннем, у якім група навукоўцаў са Стэнфардскага ўніверсітэта распрацавала прыладу, з дапамогай якога былі атрыманы першыя запісы сэрцабіцця сіняга кіта. Як жа працуе сэрца ўладара мораў, якія адкрыцці зрабілі навукоўцы, і чаму не можа існаваць арганізм большы, чым сіні кіт? Пра гэта мы даведаемся з даклада даследчай групы. Паехалі.
Герой даследавання
Сіні кіт - самае вялікае сысуна, самы вялікі насельнік мораў і акіянаў, самая вялікая жывёла, самы вялікі кіт. Што тут скажаш, сіні кіт сапраўды самы з пункту гледжання габарытаў – даўжыня 33 метры, а вага 150 тон. Лічбы прыблізныя, але ад таго не менш вялікія.
Нават галава гэтага гіганта заслугоўвае асобнага радка ў кнізе рэкордаў Гінэса, паколькі займае каля 27% ад агульнай даўжыні цела. Пры гэтым вочы ў сініх кітоў досыць маленькія, не больш за грэйпфрут. Калі вочы кіта вам убачыць будзе складана, то рот вы заўважыце адразу. Пашча сіняга кіта можа змясціць да 100 чалавек (жудаснаваты прыклад, але людзей сінія кіты не ядуць, прынамсі, наўмысна). Вялікі памер рота абумоўлены гастранамічнымі перавагамі: кіты ядуць планктон, заглынаючы велізарныя аб'ёмы вады, якую потым выпускаюць праз цэдзільны апарат, адфільтроўваючы ежу. Пры дастаткова спрыяльных абставінах сіні кіт паглынае ў дзень каля 6 тон планктону.
Іншы важнай асаблівасцю сініх кітоў з'яўляюцца іх лёгкія. Яны здольныя затрымліваць дыханне на 1 гадзіну і ныраць на глыбіню да 100 м. Але, як і іншыя марскія сысуны, сінія кіты перыядычна вынырваюць на паверхню вады, каб падыхаць. Падняўшыся на паверхню вады, кіты выкарыстоўваюць дыхало - дыхальная адтуліна з двух вялікіх адтулін (ноздраў) на задняй частцы галавы. Выдых кіта праз дыхало часта суправаджаецца вертыкальным фантанам вады вышынёй да 10 м. Улічваючы асаблівасці месца, дзе кітоў, іх лёгкія працуюць значна больш эфектыўна нашых - лёгкія кіта паглынаюць 80-90% кіслароду, а нашы толькі каля 15%. Аб'ём лёгкіх складае каля 3 тысяч літраў, у чалавека ж гэты паказчык вар'іруецца ў раёне 3-6 літраў.
Мадэль сэрца сіняга кіта ў музеі ў Нью-Бедфардзе (ЗША).
Крывяносная сістэма сіняга кіта таксама поўная рэкордных параметраў. Да прыкладу, посуд у іх проста вялізныя, дыяметр адной толькі аорты складае каля 40 см. Сэрца сініх кітоў лічыцца самым буйным сэрцам у свеце і важыць каля тоны. З такім вялікім сэрцам у кіта і крыві шмат - больш за 8000 літраў у дарослай асобіны.
І вось мы плаўна падышлі да сутнасці самога даследавання. Сэрца сіняга кіта вялікае, як мы ўжо зразумелі, але б'ецца яно дастаткова павольна. Раней лічылася, што пульс складае каля 5-10 удараў у хвіліну, у рэдкіх выпадках да 20. Але дакладных вымярэнняў ніхто не праводзіў, да гэтага моманту.
Навукоўцы са Стэнфардскага ўніверсітэта заяўляюць, што маштаб у біялогіі мае вялікае значэнне, асабліва калі гаворка ідзе аб вызначэнні функцыянальных асаблівасцяў органаў жывых істот. Вывучэнне розных істот, ад мышэй да кітоў, дазваляе вызначыць абмежаванні па габарытах, якія жывы арганізм не можа перавысіць. А сэрца і сардэчна-сасудзістая сістэма ў цэлым з'яўляюцца важнымі атрыбутамі такіх даследванняў.
У марскіх млекакормячых, чыя фізіялогія цалкам адаптавалася да іх ладу жыцця, важную ролю адыгрываюць адаптацыі, звязаныя з ныраннем і затрымкай дыхання. Было ўстаноўлена, што ў многіх такіх істот падчас апускання частата сардэчнага рытму зніжаецца да ўзроўняў, ніжэй за стан спакою. А падняўшыся на паверхню, рытм сэрца становіцца больш пачашчаным.
Паніжанае сэрцабіцце падчас апусканняў неабходна для зніжэння хуткасці дастаўкі кіслароду ў тканіны і клеткі, тым самым запавольваецца працэс знясілення кіслародных запасаў у крыві і змяншаючы спажыванне кіслароду самім сэрцам.
Існуе гіпотэза, што практыкаванні (г.зн. падвышаная фізічная актыўнасць) мадулююць рэакцыю на апусканне і павялічваюць частату сардэчных скарачэнняў падчас апускання. Гэта гіпотэза асабліва важная для даследавання сініх кітоў, бо з прычыны асаблівага метаду харчавання (рэзкага выпаду для заглынання вады) хуткасць метабалізму, у тэорыі, павінна перавышаць базавыя значэння (стан спакою) у 50 разоў. Мяркуецца, што такія выпады паскараюць знясіленне кіслароду, такім чынам, зніжаючы працягласць апускання.
Падвышаная частата сардэчнага рытму і падвышаная перадача кіслароду ад крыві да цягліц падчас выпаду могуць гуляць важную ролю з-за метабалічных выдаткаў падчас такой фізічнай актыўнасці. Акрамя таго, варта ўлічваць і нізкую канцэнтрацыю міяглабіну* (Mb) у сініх кітоў (у 5-10 разоў ніжэй, чым у іншых марскіх млекакормячых: 0.8 г Mb на 100 г-1 мышцы ў сініх кітоў і 1.8-10 г Mb у іншых марскіх млекакормячых.
Міяглабін* - Кіслародазвязвальны бялок шкілетных цягліц і мышцы сэрца.
Як выснова, фізічная нагрузка, глыбіня апускання і валявы кантроль змяняюць частату сардэчных скарачэнняў падчас апускання праз вегетатыўную нервовую сістэму.
Дадатковым фактарам зніжэння частаты сардэчнага рытму можа быць і сціск/пашырэнне лёгкіх падчас апускання/усплыванні.
Такім чынам, частата сардэчных скарачэнняў на працягу апускання і падчас знаходжання на паверхні напрамую адносіцца да мадэляў артэрыяльнай гемадынамікі.
Финвал
Раней праведзенае даследаванне біямеханічных уласцівасцяў і памераў сцен аорты ў финвала (Balaenoptera physalus) паказала, што падчас апусканняў пры частаце сардэчных скарачэнняў ≤10 вуд / мін дуга аорты рэалізуе эфект рэзервуара (Windkessel effekt), які падтрымлівае крывацёк на працягу доўгіх дыясталічных перыядаў* паміж сардэчнымі скарачэннямі і памяншае пульсацыю крывянага патоку ў жорсткую дыстальную аорту.
Дыястал * (дыясталічны перыяд) - перыяд паслаблення сэрца паміж скарачэннямі.
Усе вышэйапісаныя гіпотэзы, тэорыі і высновы павінны мець матэрыяльныя доказы, гэта значыць быць пацверджаны або абвергнуты на практыцы. Але для гэтага трэба правесці электракардыяграфію свабодна перасоўваецца сіняму кіту. Простыя метады тут не спрацуюць, таму навукоўцы стварылі свой прыбор для электракардыяграфіі.
Відэа, у якім даследнікі сцісла распавядаюць аб сваёй працы.
ЭКГ кіта рэгістравалася з выкарыстаннем вырабленага на замову рэгістратара ЭКГ, убудаванага ў адмысловую капсулу на 4 прысосках. Павярхоўныя электроды ЭКГ былі ўбудаваны ў дзве з прысосак. Даследнікі адправіліся на лодцы ў заліў Мантэрэй (Ціхі акіян, побач з Каліфорніяй). Калі навукоўцам нарэшце сустрэўся сіні кіт, які ўсплыў да паверхні вады, яны прымацавалі да яго цела (побач з левым плаўніком) ЭКГ-рэгістратар. Па раней сабраных дадзеных дадзены кіт з'яўляецца самцом ва ўзросце 15 гадоў. Важна адзначыць, што дадзеная прылада з'яўляецца неінвазіўным, гэта значыць не патрабуе ўкаранення ў скуру жывёлы якіх-небудзь датчыкаў ці электродаў. Гэта значыць для кіта гэтая працэдура зусім бязбольная і з мінімальным стрэсам ад кантакту з людзьмі, што таксама вельмі важна, улічваючы, што здымаюцца паказанні сэрцабіцця, якія маглі б быць скажоныя з прычыны стрэсу. У выніку была атрымана 8.5-гадзінная ЭКГ запіс, па якой навукоўцы змаглі пабудаваць профіль сардэчнага рытму (малюнак ніжэй).
Выява №1: профіль сардэчнага рытму сіняга кіта.
Форма ЭКГ сігналу была аналагічная той, якая была запісана ў дробных кітоў у няволі з дапамогай таго ж прылады. Паводзіны кіта падчас пошукаў ежы было цалкам звычайным для яго выгляду: апусканне на працягу 16.5/184 хвілін да глыбіні 1 м і павярхоўныя інтэрвалы ад 4 да XNUMX хвілін.
Профіль сардэчнага рытму, у адпаведнасці з сардэчна-судзінкавым адказам на апусканне, паказаў, што частата сардэчных скарачэнняў ад 4 да 8 удараў у хвіліну пераважала ў ніжняй фазе апусканняў пры пошуку ежы, незалежна ад працягласці апускання ці максімальнай глыбіні. Частата сардэчных скарачэнняў пры апусканні (разлічваецца па ўсёй працягласці апускання) і мінімальная імгненная частата сардэчных скарачэнняў падчас апускання зніжаліся з працягласцю апускання, тады як максімальная павярхоўная частата сардэчных скарачэнняў пасля апускання павялічвалася з працягласцю апускання. Гэта значыць, чым даўжэй кіт быў пад вадой, тым павольней білася сэрца падчас апускання і тым хутчэй пасля ўсплывання.
У сваю чаргу, аламетрычныя раўнанні па сысунам сцвярджаюць, што кіт вагай 70000 кг мае сэрца вагай 319 кг, а яго ўдарны аб'ём (аб'ём крыві, які выкідаецца за ўдар) роўны каля 80 л, такім чынам, частату сардэчных скарачэнняў у спакоі павінна быць 15 вуд/ мін.
Падчас ніжніх фаз апусканняў імгненная частата сардэчных скарачэнняў складала ад 1/3 да 1/2 ад прагназуемай частаты сардэчных скарачэнняў у спакоі. Аднак рытм сэрца ўзрастаў на этапе ўсплывання. У павярхоўных інтэрвалах частата сардэчных скарачэнняў прыкладна ў два разы перавышала прагназуемую частату сардэчных скарачэнняў у спакоі і пераважна вар'іравалася ад 30 да 37 удараў у хвіліну пасля глыбокіх апусканняў (> 125-метровай глыбіні) і ад 20 да 30 удараў у хвіліну пасля больш дробных погружаў.
Дадзенае назіранне можа казаць аб тым, што паскарэнне сардэчных скарачэнняў неабходна для дасягнення патрэбнага дыхальнага газаабмену і рэперфузіі (аднаўленне току крыві) тканін паміж глыбокімі апусканнямі.
Неглыбокія кароткачасовыя начныя апусканні былі злучаны з адпачынкам і, такім чынам, больш характэрныя для меней актыўнага стану. Тыповыя частоты сардэчных скарачэнняў, назіраныя пры 5-хвілінным начным апусканні (8 удараў у хвіліну) і які суправаджае яго 2-хвілінным павярхоўным інтэрвале (25 удараў у хвіліну), могуць у сукупнасці прывесці да таго, што рытм сэрца будзе каля 13 удараў у хвіліну. Гэтая лічба, як мы можам бачыць, дзіўна блізкая да разліковых прадказанняў аламетрычных мадэляў.
Далей навукоўцы пабудавалі профілі частаты сардэчных скарачэнняў, глыбіні і адноснага аб'ёму лёгкіх 4 асобных апусканняў, аналіз якіх дазволіў вывучыць патэнцыйны ўплыў фізічнай актыўнасці і глыбіні на рэгуляцыю сардэчнага рытму.
Выява №2: профілі частаты сардэчных скарачэнняў, глыбіні і адноснага аб'ёму лёгкіх 4 асобных апусканняў.
Падчас ужывання ежы на вялікіх глыбінях кіт здзяйсняе вызначаны манеўр выпаду - рэзка расчыняе пашчу для заглынання вады з планктонам, а потым адфільтроўвае ежу. Было заўважана, што частата сардэчных скарачэнняў у момант заглынання вады ў 2.5/XNUMX разы вышэй, чым у момант фільтрацыі. Гэта наўпрост сведчыць аб залежнасці рытму сэрца ад фізічнай нагрузкі.
Што да лёгкіх, то іх уплыў на сардэчны рытм вельмі малаверагодна, бо не было заўважана значных змен адноснага аб'ёму лёгкіх падчас разгляданых апусканняў.
Пры гэтым у ніжніх фазах неглыбокіх апусканняў кароткачасовае павелічэнне частаты сардэчных скарачэнняў было звязана менавіта са зменамі адноснага аб'ёму лёгкіх і магло быць выклікана актывацыяй рэцэптара расцяжэння лёгкіх.
Падсумоўваючы вышэйапісаныя назіранні, навукоўцы дашлі да высновы, што падчас кармлення на вялікіх глыбінях назіраецца непрацяглае павелічэнне частаты сардэчных скарачэнняў у 2.5 разу. Тым не менш, сярэдняя пікавая частата сардэчных скарачэнняў падчас выпадаў у момант кармлення ўсё яшчэ складала толькі палову прагназуемай велічыні ў спакоі. Гэтыя дадзеныя адпавядаюць з гіпотэзай аб тым, што гнуткія дугі аорты буйных кітоў рэалізуюць эфект рэзервуара падчас павольнага сардэчнага рытму ў перыяд апускання. Акрамя гэтага, дыяпазон больш высокіх сардэчных скарачэнняў у перыяд пасля апускання пацвердзіў гіпотэзу аб тым, што імпеданс аорты і нагрузка на сэрца зніжаюцца на працягу павярхоўнага інтэрвалу з-за дэструктыўнага ўмяшання выходных і адлюстраваных хваляў ціску ў аорце.
Моцную брадыкардыю, якую назіралі даследнікі, можна назваць нечаканым вынікам даследавання, улічваючы каласальныя выдатак сіл кіта на манеўр выпаду падчас заглынання вады з планктонам. Аднак, метабалічныя выдаткі гэтага манеўру могуць не адпавядаць частаце сардэчных скарачэнняў або канвектыўны транспарт кіслароду збольшага з-за кароткай працягласці кармлення і магчымага прыцягнення гликолитических, хутка скарачаецца цягліцавых валокнаў.
Падчас выпаду сінія кіты разганяюцца да высокай хуткасці і паглынаюць аб'ём вады, які можа быць большым за іх уласнае цела. Навукоўцы мяркуюць, што высокі супраціў і энергія, неабходная для манеўру, хутка схуднеюць агульныя запасы кіслароду ў арганізме, чым абмяжоўваюць час апускання. Механічная сіла, неабходная для паглынання вялікіх аб'ёмаў вады, верагодна, нашмат перавышае аэробную метабалічную сілу. Менавіта таму падчас здзяйснення такіх манеўраў частата сардэчных скарачэнняў хоць і павялічвалася, але на вельмі непрацяглы час.
Для больш дэталёвага азнаямлення з нюансамі даследавання рэкамендую зазірнуць у .
Эпілог
Адным з найважнейшых высноў з'яўляецца тое, што для абмену газу і рэперфузіі падчас кароткіх павярхоўных інтэрвалаў сінім кітам патрабуецца амаль максімальная частата сардэчных скарачэнняў, незалежна ад характару знясілення запасаў кіслароду ў крыві і цягліцах падчас апусканняў. Калі ж улічыць, што буйнейшыя асобіны сініх кітоў для атрымання ежы павінны ўкладваць больш працы за меншы перыяд часу (у адпаведнасці з гіпотэзамі аламетрыі), то яны немінуча сутыкаюцца з некалькімі фізіялагічнымі абмежаваннямі як на працягу апусканні, так і падчас павярхоўнага інтэрвалу. А гэта азначае, што эвалюцыйна памер іх цела абмежаваны, бо будзь яно больш, то працэс атрымання ежы быў бы вельмі затратным і не кампенсаваўся б атрыманай ежай. Самі даследнікі лічаць, што сэрца сіняга кіта працуе на мяжы сваіх магчымасцяў.
У далейшым навукоўцы плануюць пашырыць магчымасці сваёй прылады, у тым ліку дадаць акселерометр, каб лепш разумець уплыў рознай фізічнай актыўнасці на сардэчны рытм. Таксама яны плануюць ужыць свой ЭКГ-датчык на іншых марскіх насельніках.
Як паказала гэта даследаванне, быць самай вялікай істотай з самым вялікім сэрцам - не так і проста. Тым не менш, якіх бы габарытаў не былі марскія насельнікі, якой бы дыеты яны не прытрымліваліся, нам неабходна разумець, што тоўшча вады, якая выкарыстоўваецца чалавекам для промыслу, здабычы і транспарціроўкі, застаецца іх домам. Мы ж толькі госці, а таму павінны паводзіць сябе адпаведна.
Пятнічны оф-топ:
Рэдкія кадры, на якіх сіні кіт дэманструе змяшчальнасць свайго рота.
Яшчэ адным волатам мораў з'яўляецца кашалот. У дадзеным відэа навукоўцы з дапамогай дыстанцыйна кіраванага ROV Hercules на глыбіні 598 метраў знялі цікаўнага кашалота.
Дзякую за ўвагу, заставайцеся цікаўнымі і выдатных усім выходных, хлопцы! 🙂
Дзякуй, што застаяцеся з намі. Вам падабаюцца нашыя артыкулы? Жадаеце бачыць больш цікавых матэрыялаў? Падтрымайце нас, аформіўшы замову ці парэкамендаваўшы знаёмым, , 30% зніжка для карыстальнікаў Хабра на ўнікальны аналаг entry-level сервераў, які быў прыдуманы намі для Вас: (даступныя варыянты з RAID1 і RAID10, да 24 ядраў і да 40GB DDR4).
Dell R730xd у 2 разы танней? Толькі ў нас у Нідэрландах! Dell R420 – 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB – ад $99! Чытайце аб тым
Крыніца: habr.com