É difícil discutir coa afirmación de que a natureza ten a imaxinación máis viva. Cada un dos representantes da flora e da fauna ten as súas características únicas, e ás veces ata estrañas, que moitas veces non caben nas nosas cabezas. Tomemos, por exemplo, o mesmo cangrexo mantis. Esta criatura depredadora é capaz de atacar a unha vítima ou delincuente coas súas poderosas garras a unha velocidade de 83 km/h, e o seu sistema visual é un dos máis complexos xamais estudados polos humanos. Os lagostinos mantis, aínda que son feroces, non son especialmente grandes - ata 35 cm de lonxitude. O maior habitante dos mares e océanos, así como do planeta en xeral, é a balea azul. A lonxitude deste mamífero pode alcanzar máis de 30 metros e pesar 150 toneladas. A pesar do seu tamaño impresionante, as baleas azuis dificilmente poden ser chamadas cazadoras formidables, porque... prefiren o plancto.
A anatomía das baleas azuis sempre foi de interese para os científicos que queren comprender mellor como funciona un organismo tan enorme e os órganos nel. A pesar de que sabemos da existencia das baleas azuis dende hai varios centos de anos (desde 1694, para ser máis precisos), estes xigantes non revelaron todos os seus segredos. Hoxe botaremos unha ollada a un estudo no que un grupo de científicos da Universidade de Stanford desenvolveu un dispositivo que se utilizou para obter as primeiras gravacións do latido do corazón dunha balea azul. Como funciona o corazón do gobernante dos mares, que descubrimentos fixeron os científicos e por que non pode existir un organismo máis grande que unha balea azul? Diso coñecémonos co informe do grupo de investigación. Vaia.
Heroe da investigación
A balea azul é o mamífero máis grande, o maior habitante dos mares e océanos, o animal máis grande, a balea máis grande. Que podo dicir, a balea azul é realmente a mellor en termos de dimensións: a lonxitude é de 33 metros e o peso é de 150 toneladas. As cifras son aproximadas, pero non por iso menos impresionantes.
Incluso a cabeza deste xigante merece unha liña separada no Libro Guinness dos Récords, xa que ocupa preto do 27% da lonxitude total do corpo. Ademais, os ollos das baleas azuis son bastante pequenos, non máis grandes que un pomelo. Se che resulta difícil ver os ollos dunha balea, notarás a boca inmediatamente. A boca dunha balea azul pode albergar ata 100 persoas (un exemplo arrepiante, pero as baleas azuis non comen persoas, polo menos non intencionadamente). O gran tamaño da boca débese ás preferencias gastronómicas: as baleas comen plancto, tragando grandes volumes de auga, que despois se libera a través dun aparello filtrante, filtrando a comida. En circunstancias bastante favorables, a balea azul consome unhas 6 toneladas de plancto por día.
Outra característica importante das baleas azuis son os seus pulmóns. Son capaces de conter a respiración durante 1 hora e mergullarse a profundidades de ata 100 m. Pero, como outros mamíferos mariños, as baleas azuis xorden periódicamente á superficie da auga para respirar. Cando as baleas soben á superficie da auga, usan un orificio de ventilación, un orificio de respiración feito de dúas grandes aberturas (fosas nasais) na parte posterior da súa cabeza. A exhalación dunha balea polo seu orificio de ventilación adoita ir acompañada dunha fonte vertical de auga de ata 10 m de altura.Tendo en conta as características do hábitat das baleas, os seus pulmóns funcionan de forma moito máis eficiente que os nosos: os pulmóns da balea absorben o 80-90% dos osíxeno, e o noso só un 15%. O volume dos pulmóns é duns 3 mil litros, pero nos humanos esta cifra varía en torno a 3-6 litros.
Maqueta de corazón de balea azul nun museo de New Bedford (EEUU).
O sistema circulatorio da balea azul tamén está cheo de parámetros de rexistro. Por exemplo, os seus vasos son simplemente enormes, só o diámetro da aorta é duns 40 cm.O corazón das baleas azuis considérase o corazón máis grande do mundo e pesa aproximadamente unha tonelada. Cun corazón tan grande, a balea ten moito sangue: máis de 8000 litros nun adulto.
E agora chegamos sen problemas á esencia do propio estudo. O corazón da balea azul é grande, como xa entendiamos, pero latexa bastante lentamente. Anteriormente, críase que o pulso era duns 5-10 latidos por minuto, en casos raros ata 20. Pero ninguén fixera medicións precisas ata agora.
Científicos da Universidade de Stanford din que a escala é de gran importancia en bioloxía, especialmente cando se trata de determinar as características funcionais dos órganos dos seres vivos. O estudo de diversas criaturas, desde ratos ata baleas, permítenos determinar os límites de tamaño que un organismo vivo non pode superar. E o corazón e o sistema cardiovascular en xeral son atributos importantes deste tipo de estudos.
Nos mamíferos mariños, cuxa fisioloxía está completamente adaptada ao seu estilo de vida, xogan un papel importante as adaptacións asociadas ao mergullo e a contención da respiración. Descubriuse que moitas destas criaturas teñen unha frecuencia cardíaca que cae a niveis por debaixo do seu estado de repouso durante unha inmersión. E ao subir á superficie, a frecuencia cardíaca faise máis rápida.
Unha frecuencia cardíaca máis baixa durante o mergullo é necesaria para reducir a taxa de entrega de osíxeno aos tecidos e células, retardando así o proceso de esgotamento das reservas de osíxeno no sangue e reducindo o consumo de osíxeno polo propio corazón.
Suponse que o exercicio (é dicir, o aumento da actividade física) modula a resposta do mergullo e aumenta a frecuencia cardíaca durante unha inmersión. Esta hipótese é especialmente importante para o estudo das baleas azuis, xa que debido ao método especial de alimentación (un golpe repentino para tragar auga), a taxa metabólica, en teoría, debería superar os valores básicos (estado de repouso) en 50 veces. Suponse que tales estocadas aceleran o esgotamento do osíxeno, polo que reducen a duración da inmersión.
O aumento da frecuencia cardíaca e o aumento da transferencia de osíxeno do sangue aos músculos durante unha estocada poden desempeñar un papel importante debido aos custos metabólicos desta actividade física. Ademais, paga a pena ter en conta a baixa concentración mioglobina* (Mb) nas baleas azuis (5-10 veces menor que noutros mamíferos mariños: 0.8 g Mb por 100 g-1 músculo nas baleas azuis e 1.8-10 g Mb noutros mamíferos mariños).
Mioglobina* - proteína de unión ao osíxeno dos músculos esqueléticos e cardíacos.
Como conclusión, a actividade física, a profundidade do mergullo e o control volitivo cambian a frecuencia cardíaca durante o mergullo a través do sistema nervioso autónomo.
Un factor adicional para reducir a frecuencia cardíaca pode ser a compresión/expansión dos pulmóns durante unha inmersión/ascenso.
Así, a frecuencia cardíaca durante unha inmersión e na superficie está directamente relacionada cos patróns hemodinámicos arteriales.
Rorcual común
Un estudo previo das propiedades biomecánicas e dimensións das paredes aórticas en rorcuales comúns (Balaenoptera physalus) demostrou que durante o mergullo a unha frecuencia cardíaca ≤10 latexadas/min, o arco aórtico implementa un efecto reservorio (Efecto Windkessel), que mantén o fluxo sanguíneo durante longos períodos períodos diastólicos* entre os latexos do corazón e reduce a pulsación do fluxo sanguíneo cara á ríxida aorta distal.
Diástole* (período diastólico) - o período de relaxación do corazón entre contraccións.
Todas as hipóteses, teorías e conclusións anteriormente descritas deben ter probas materiais, é dicir, ser confirmadas ou refutadas na práctica. Pero para iso, cómpre realizar un electrocardiograma nunha balea azul que se move libremente. Os métodos sinxelos non funcionarán aquí, polo que os científicos crearon o seu propio dispositivo para electrocardiografía.
Un vídeo no que os investigadores falan brevemente do seu traballo.
O ECG da balea rexistrouse mediante un gravador de ECG feito a medida incorporado nunha cápsula especial con 4 ventosas. Os electrodos de ECG de superficie foron integrados en dúas das ventosas. Os investigadores levaron un barco ata a baía de Monterey (Océano Pacífico, preto de California). Cando os científicos finalmente coñeceron unha balea azul que saíra á superficie, conectaron un gravador de ECG ao seu corpo (xunto á súa aleta esquerda). Segundo os datos recollidos anteriormente, esta balea é un macho aos 15 anos. É importante ter en conta que este dispositivo non é invasivo, é dicir, non require a introdución de ningún sensor ou electrodo na pel do animal. É dicir, para a balea este procedemento é totalmente indolor e cun mínimo estrés polo contacto coas persoas, o que tamén é sumamente importante, tendo en conta que se toman lecturas dos latidos do corazón, que poderían verse distorsionadas polo estrés. O resultado foi unha gravación de ECG de 8.5 horas a partir da cal os científicos puideron construír un perfil de frecuencia cardíaca (imaxe abaixo).
Imaxe #1: perfil da frecuencia cardíaca da balea azul.
A forma de onda do ECG era similar á rexistrada en pequenas baleas en catividade usando o mesmo dispositivo. O comportamento de alimentación da balea foi bastante normal para a súa especie: mergullo durante 16.5 minutos a unha profundidade de 184 m e intervalos de superficie de 1 a 4 minutos.
O perfil de frecuencia cardíaca, consistente coa resposta cardiovascular á inmersión, mostrou que as frecuencias cardíacas entre 4 e 8 latexos por minuto predominaban durante a fase inferior das inmersións de alimentación, independentemente da duración da inmersión ou da profundidade máxima. A frecuencia cardíaca de mergullo (calculada durante toda a duración da inmersión) e a frecuencia cardíaca instantánea mínima diminuíron coa duración da inmersión, mentres que a frecuencia cardíaca máxima en superficie despois da inmersión aumentou coa duración da inmersión. É dicir, canto máis tempo estivo a balea baixo a auga, máis lento o corazón latexa durante a inmersión e máis rápido despois do ascenso.
Pola súa banda, as ecuacións alométricas dos mamíferos indican que unha balea que pesa 70000 kg ten un corazón que pesa 319 kg e o seu volume sistólico (o volume de sangue expulsado por latexado) é duns 80 l, polo que a frecuencia cardíaca en repouso debe ser de 15 latexos/ min.
Durante as fases inferiores das inmersións, a frecuencia cardíaca instantánea estaba entre 1/3 e 1/2 da frecuencia cardíaca en repouso prevista. Non obstante, a frecuencia cardíaca aumentou durante a etapa de ascenso. A intervalos de superficie, as frecuencias cardíacas eran aproximadamente o dobre da frecuencia cardíaca en repouso prevista e oscilaban principalmente entre 30 e 37 lpm despois de inmersións profundas (> 125 m de profundidade) e de 20 a 30 lpm despois de inmersións menos profundas.
Esta observación pode indicar que a aceleración da frecuencia cardíaca é necesaria para conseguir o intercambio de gases respiratorio desexado e a reperfusión (restauración do fluxo sanguíneo) dos tecidos entre inmersións profundas.
As inmersións nocturnas superficiales e de curta duración estaban asociadas co descanso e, polo tanto, eran máis comúns nos estados menos activos. As frecuencias cardíacas típicas observadas durante unha inmersión nocturna de 5 minutos (8 latexos por minuto) e o intervalo de superficie de 2 minutos (25 latexos por minuto) poden combinarse para producir unha frecuencia cardíaca duns 13 latexos por minuto. Esta cifra, como podemos ver, achégase notablemente ás predicións estimadas dos modelos alométricos.
A continuación, os científicos perfilaron a frecuencia cardíaca, a profundidade e o volume pulmonar relativo a partir de 4 inmersións separadas para examinar os efectos potenciais da actividade física e a profundidade na regulación da frecuencia cardíaca.
Imaxe #2: frecuencia cardíaca, profundidade e perfís de volume pulmonar relativo de 4 inmersións individuais.
Cando come alimentos a grandes profundidades, a balea realiza unha certa manobra de estocada: abre bruscamente a boca para tragar auga con plancto e despois filtra a comida. Observouse que a frecuencia cardíaca no momento de tragar auga é 2.5 veces maior que no momento da filtración. Isto fala directamente da dependencia da frecuencia cardíaca da actividade física.
En canto aos pulmóns, o seu efecto sobre a frecuencia cardíaca é moi improbable, xa que non se observaron cambios significativos no volume relativo dos pulmóns durante as inmersións en cuestión.
Ademais, nas fases inferiores das inmersións pouco profundas, un aumento a curto prazo da frecuencia cardíaca asociouse precisamente con cambios no volume relativo dos pulmóns e podería ser causado pola activación do receptor de estiramento pulmonar.
Resumindo as observacións descritas anteriormente, os científicos chegaron á conclusión de que durante a alimentación a grandes profundidades hai un aumento a curto prazo da frecuencia cardíaca 2.5 veces. Non obstante, a frecuencia cardíaca máxima media durante as estocadas de alimentación aínda era só a metade do valor de repouso previsto. Estes datos son consistentes coa hipótese de que os arcos aórticos flexibles das grandes baleas exercen un efecto reservorio durante a baixa frecuencia cardíaca do mergullo. Ademais, o rango de frecuencias cardíacas máis altas durante o período posterior á inmersión apoiou a hipótese de que a impedancia aórtica e a carga de traballo cardíaca redúcense durante o intervalo de superficie debido á interferencia destrutiva das ondas de presión saíntes e reflectidas na aorta.
A severa bradicardia observada polos investigadores pódese chamar un resultado inesperado do estudo, dado o colosal gasto de enerxía da balea na manobra de estocada mentres traga auga con plancto. Non obstante, o custo metabólico desta manobra pode non coincidir coa frecuencia cardíaca ou o transporte de osíxeno convectivo, en parte debido á curta duración da alimentación e ao posible recrutamento de fibras musculares glicolíticas de contracción rápida.
Durante unha estocada, as baleas azuis aceleran a altas velocidades e absorben un volume de auga que pode ser maior que o seu propio corpo. Os científicos supoñen que a alta resistencia e enerxía necesarias para a manobra esgotan rapidamente as reservas totais de osíxeno do corpo, limitando así o tempo de mergullo. É probable que a forza mecánica necesaria para absorber grandes volumes de auga supere con creces a forza metabólica aeróbica. Por iso, durante este tipo de manobras, a frecuencia cardíaca aumentou, pero durante moi pouco tempo.
Para un coñecemento máis detallado dos matices do estudo, recoméndolle ollar .
Epílogo
Un dos descubrimentos máis importantes é que as baleas azuis requiren frecuencias cardíacas próximas ao máximo para o intercambio de gases e a reperfusión durante intervalos de superficie curtos, independentemente da natureza do esgotamento do osíxeno do sangue e dos músculos durante as inmersións. Se temos en conta que as baleas azuis máis grandes deben investir máis traballo nun período de tempo máis curto para obter alimento (segundo hipóteses alométricas), entón inevitablemente afrontan varias limitacións fisiolóxicas tanto durante a inmersión como durante o intervalo de superficie. Isto significa que evolutivamente o tamaño do seu corpo é limitado, xa que se fose maior, o proceso de obtención dos alimentos sería moi custoso e non sería compensado polos alimentos recibidos. Os propios investigadores cren que o corazón da balea azul está a traballar no límite das súas capacidades.
No futuro, os científicos planean ampliar as capacidades do seu dispositivo, incluíndo engadir un acelerómetro para comprender mellor o efecto das diferentes actividades físicas na frecuencia cardíaca. Tamén planean usar o seu sensor de ECG noutras especies mariñas.
Como mostra este estudo, ser a criatura máis grande co corazón máis grande non é fácil. Non obstante, sexa cal sexa o tamaño dos habitantes mariños, sexa cal sexa a dieta que se adhiran, hai que entender que a columna de auga, que é utilizada polos humanos para a pesca, a extracción e o transporte, segue sendo o seu fogar. Só somos hóspedes e, polo tanto, debemos comportarnos en consecuencia.
Venres fóra de tope:
Imaxe rara dunha balea azul que demostra a capacidade da súa boca.
Outro xigante dos mares é o cachalote. Neste vídeo, os científicos que usan un ROV controlado a distancia Hércules filmaron un curioso cachalote a unha profundidade de 598 metros.
Grazas por ver, quédate con curiosidade e teñades unha boa fin de semana a todos! 🙂
Grazas por estar connosco. Gústanche os nosos artigos? Queres ver máis contido interesante? Apóyanos facendo un pedido ou recomendando a amigos, , Desconto do 30 % para os usuarios de Habr nun análogo único de servidores de nivel de entrada, que inventamos nós para ti: (dispoñible con RAID1 e RAID10, ata 24 núcleos e ata 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 veces máis barato? Só aquí nos Países Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - desde $ 99! Ler sobre
Fonte: www.habr.com