Teško je raspravljati s tvrdnjom da priroda ima najživlju maštu. Svaki od predstavnika flore i faune ima svoje jedinstvene, a ponekad čak i čudne osobine koje često ne mogu stati u naše glave. Uzmimo, na primjer, istog raka bogomoljke. Ovo predatorsko stvorenje sposobno je napasti žrtvu ili prijestupnika svojim moćnim pandžama brzinom od 83 km/h, a njihov vizualni sustav jedan je od najsloženijih koje su ljudi ikada proučavali. Mantis rakovi, iako žestoki, nisu osobito veliki - do 35 cm duljine. Najveći stanovnik mora i oceana, kao i planete općenito, je plavi kit. Duljina ovog sisavca može doseći više od 30 metara i težinu od 150 tona. Unatoč njihovoj impresivnoj veličini, plavi kitovi se teško mogu nazvati strašnim lovcima, jer... preferiraju plankton.
Anatomija plavih kitova oduvijek je bila zanimljiva znanstvenicima koji žele bolje razumjeti kako funkcionira tako ogroman organizam i organi u njemu. Unatoč činjenici da za postojanje plavih kitova znamo već nekoliko stotina godina (točnije od 1694. godine), ovi divovi nisu otkrili sve svoje tajne. Danas ćemo pogledati studiju u kojoj je skupina znanstvenika sa Sveučilišta Stanford razvila uređaj pomoću kojeg su dobivene prve snimke otkucaja srca plavog kita. Kako radi srce vladara mora, do kojih su otkrića znanstvenici došli i zašto ne može postojati organizam veći od plavog kita? O tome doznajemo iz izvješća istraživačke skupine. Ići.
Heroj istraživanja
Plavi kit je najveći sisavac, najveći stanovnik mora i oceana, najveća životinja, najveći kit. Što reći, plavi kit je zaista najbolji po dimenzijama - duljina je 33 metra, a težina 150 tona. Brojke su približne, ali ništa manje impresivne.
Čak i glava ovog diva zaslužuje poseban redak u Guinnessovoj knjizi rekorda, jer zauzima oko 27% ukupne duljine tijela. Štoviše, oči plavih kitova prilično su male, ne veće od grejpfruta. Ako vam je teško vidjeti oči kita, tada ćete odmah primijetiti usta. Usta plavog kita mogu primiti do 100 ljudi (jeziv primjer, ali plavi kitovi ne jedu ljude, barem ne namjerno). Velika veličina usta je zbog gastronomskih preferencija: kitovi jedu plankton, gutajući ogromne količine vode, koja se zatim ispušta kroz filter aparat, filtrirajući hranu. Pod prilično povoljnim okolnostima, plavi kit dnevno konzumira oko 6 tona planktona.
Još jedna važna karakteristika plavih kitova su njihova pluća. Oni su u stanju zadržati dah 1 sat i roniti na dubine do 100 m. Ali, kao i drugi morski sisavci, plavi kitovi povremeno izlaze na površinu vode kako bi disali. Kada se kitovi izdignu na površinu vode, koriste se puhalom, otvorom za disanje koji se sastoji od dva velika otvora (nosnice) na stražnjoj strani glave. Izdisaj kita kroz njegovu puhaljku često prati okomita fontana vode visoka i do 10 m. S obzirom na karakteristike staništa kitova, njihova pluća rade puno učinkovitije od naših - pluća kita apsorbiraju 80-90% kisika, a naš tek oko 15%. Volumen pluća je oko 3 tisuće litara, ali kod ljudi ta brojka varira oko 3-6 litara.
Maketa srca plavog kita u muzeju u New Bedfordu (SAD).
Krvožilni sustav plavog kita također je pun rekordnih parametara. Na primjer, njihove posude su jednostavno ogromne, samo promjer aorte je oko 40 cm, a srce plavih kitova smatra se najvećim srcem na svijetu i teži oko tone. S tako velikim srcem, kit ima puno krvi - više od 8000 litara u odrasloj osobi.
I sada glatko dolazimo do suštine samog studija. Srce plavog kita je veliko, kao što smo već shvatili, ali kuca prilično sporo. Ranije se vjerovalo da je puls oko 5-10 otkucaja u minuti, u rijetkim slučajevima i do 20. Ali nitko do sada nije napravio točna mjerenja.
Znanstvenici sa Sveučilišta Stanford kažu da je mjerilo od velike važnosti u biologiji, posebice kada je riječ o određivanju funkcionalnih značajki organa živih bića. Proučavanje različitih stvorenja, od miševa do kitova, omogućuje nam da odredimo granice veličine koje živi organizam ne može prijeći. A srce i kardiovaskularni sustav općenito važni su atributi takvih studija.
Kod morskih sisavaca, čija je fiziologija u potpunosti prilagođena njihovom načinu života, važnu ulogu imaju prilagodbe povezane s ronjenjem i zadržavanjem daha. Utvrđeno je da mnoga od ovih stvorenja imaju otkucaje srca koji padaju na razine ispod stanja mirovanja tijekom ronjenja. A nakon izlaska na površinu otkucaji srca postaju brži.
Niži broj otkucaja srca tijekom ronjenja je neophodan kako bi se smanjila brzina isporuke kisika tkivima i stanicama, čime bi se usporio proces pražnjenja rezervi kisika u krvi i smanjila potrošnja kisika od strane samog srca.
Pretpostavlja se da tjelovježba (tj. povećana tjelesna aktivnost) modulira reakciju ronjenja i povećava broj otkucaja srca tijekom ronjenja. Ova hipoteza je posebno važna za proučavanje plavih kitova, budući da bi zbog posebnog načina hranjenja (nagli iskorak da se proguta voda), stopa metabolizma, u teoriji, trebala premašiti osnovne vrijednosti (stanje mirovanja) za 50 puta. Pretpostavlja se da takvi iskoraci ubrzavaju iscrpljivanje kisika, stoga skraćuju trajanje ronjenja.
Ubrzani otkucaji srca i povećani prijenos kisika iz krvi u mišiće tijekom iskoraka mogu imati važnu ulogu zbog metaboličkih troškova takve tjelesne aktivnosti. Osim toga, vrijedi uzeti u obzir nisku koncentraciju mioglobin* (Mb) u plavih kitova (5-10 puta niže nego u ostalih morskih sisavaca: 0.8 g Mb na 100 g-1 mišića u plavih kitova i 1.8-10 g Mb u ostalih morskih sisavaca.
mioglobin* - protein koji veže kisik skeletnih mišića i srčanih mišića.
Kao zaključak, tjelesna aktivnost, dubina ronjenja i voljna kontrola mijenjaju broj otkucaja srca tijekom ronjenja kroz autonomni živčani sustav.
Dodatni faktor u smanjenju otkucaja srca može biti kompresija/širenje pluća tijekom ronjenja/izrona.
Stoga je broj otkucaja srca tijekom ronjenja i dok ste na površini izravno povezan s obrascima arterijske hemodinamike.
kit perajar
Prethodno istraživanje biomehaničkih svojstava i dimenzija stijenki aorte u kitova perajara (Balaenoptera physalus) pokazalo je da tijekom ronjenja pri brzini otkucaja srca ≤10 otkucaja/min luk aorte provodi učinak rezervoara (Windkessel efekt), koji održava protok krvi kroz duga razdoblja dijastolička razdoblja* između otkucaja srca i smanjuje pulsiranje protoka krvi u krutu distalnu aortu.
Dijastola* (dijastoličko razdoblje) - razdoblje opuštanja srca između kontrakcija.
Sve gore navedene hipoteze, teorije i zaključci moraju imati materijalne dokaze, odnosno biti potvrđeni ili opovrgnuti u praksi. Ali da biste to učinili, morate napraviti elektrokardiogram na plavom kitu koji se slobodno kreće. Jednostavne metode ovdje neće raditi, pa su znanstvenici stvorili vlastiti uređaj za elektrokardiografiju.
Video u kojem istraživači ukratko govore o svom radu.
Kitov EKG snimljen je posebno izrađenim EKG snimačem ugrađenim u posebnu kapsulu s 4 vakuumske čašice. Površinske EKG elektrode ugrađene su u dvije vakuumske čašice. Istraživači su se brodom uputili u Monterey Bay (Tihi ocean, blizu Kalifornije). Kada su znanstvenici konačno sreli plavog kita koji je izronio, na njegovo su tijelo (pored lijeve peraje) pričvrstili EKG snimač. Prema dosad prikupljenim podacima, ovaj kit je mužjak u dobi od 15 godina. Važno je napomenuti da je ovaj uređaj neinvazivan, odnosno ne zahtijeva uvođenje bilo kakvih senzora ili elektroda u kožu životinje. Naime, za kita je ovaj postupak potpuno bezbolan i uz minimalan stres od kontakta s ljudima, što je također iznimno važno, s obzirom na to da se očitavaju otkucaji srca koji bi zbog stresa mogli biti iskrivljeni. Rezultat je bio 8.5-satni EKG zapis iz kojeg su znanstvenici uspjeli napraviti profil otkucaja srca (slika ispod).
Slika #1: Profil otkucaja srca plavog kita.
Valni oblik EKG-a bio je sličan onom snimljenom kod malih kitova u zatočeništvu pomoću istog uređaja. Ponašanje kitova u traženju hrane bilo je sasvim normalno za njegovu vrstu: ronjenje 16.5 minuta do dubine od 184 m i površinski intervali od 1 do 4 minute.
Profil otkucaja srca, u skladu s kardiovaskularnim odgovorom na ronjenje, pokazao je da su otkucaji srca između 4 i 8 otkucaja u minuti prevladavali tijekom donje faze ronjenja u potrazi za hranom, bez obzira na trajanje ronjenja ili najveću dubinu. Broj otkucaja srca zarona (izračunat za cijelo trajanje ronjenja) i minimalni trenutni broj otkucaja srca zarona smanjivali su se s trajanjem zarona, dok se maksimalni otkucaj srca na površini nakon zarona povećavao s trajanjem zarona. Odnosno, što je dulje kit bio pod vodom, srce mu je kucalo sporije tijekom ronjenja i brže nakon izrona.
S druge strane, alometrijske jednadžbe za sisavce kažu da kit težak 70000 319 kg ima srce koje teži 80 kg, a njegov udarni volumen (volumen izbačene krvi po otkucaju) je oko 15 l, stoga bi otkucaji srca u mirovanju trebali biti XNUMX otkucaja/ min.
Tijekom nižih faza ronjenja, trenutni broj otkucaja srca bio je između 1/3 i 1/2 predviđenog otkucaja srca u mirovanju. Međutim, broj otkucaja srca se povećao tijekom faze izrona. U površinskim intervalima, otkucaji srca bili su približno dvostruko veći od predviđenih otkucaja srca u mirovanju i uglavnom su se kretali od 30 do 37 otkucaja u minuti nakon dubokih ronjenja (>125 m dubine) i od 20 do 30 otkucaja u minuti nakon plićih ronjenja.
Ovo opažanje može ukazivati na to da je ubrzanje otkucaja srca neophodno za postizanje željene respiratorne izmjene plinova i reperfuzije (obnavljanje protoka krvi) tkiva između dubokih ronjenja.
Plitka, kratkotrajna noćna ronjenja bila su povezana s odmorom i stoga su bila češća u manje aktivnim stanjima. Uobičajeni otkucaji srca opaženi tijekom 5-minutnog noćnog ronjenja (8 otkucaja u minuti) i popratnog 2-minutnog površinskog intervala (25 otkucaja u minuti) mogu se kombinirati kako bi rezultirali u otkucajima srca od oko 13 otkucaja u minuti. Ova je brojka, kao što vidimo, nevjerojatno blizu procijenjenim predviđanjima alometrijskih modela.
Znanstvenici su zatim profilirali otkucaje srca, dubinu i relativni volumen pluća iz 4 odvojena ronjenja kako bi ispitali potencijalne učinke fizičke aktivnosti i dubine na regulaciju otkucaja srca.
Slika #2: Otkucaji srca, dubina i profili relativnog volumena pluća za 4 pojedinačna ronjenja.
Kada jede hranu na velikim dubinama, kit izvodi određeni manevar iskoraka - oštro otvara usta kako bi progutao vodu s planktonom, a zatim filtrira hranu. Uočeno je da je broj otkucaja srca u trenutku gutanja vode 2.5 puta veći nego u trenutku filtracije. To izravno govori o ovisnosti otkucaja srca o tjelesnoj aktivnosti.
Što se tiče pluća, njihov utjecaj na broj otkucaja srca je vrlo malo vjerojatan, jer nisu uočene značajne promjene relativnog volumena pluća tijekom dotičnih urona.
Štoviše, u nižim fazama plitkih ronjenja, kratkotrajno povećanje broja otkucaja srca bilo je povezano upravo s promjenama u relativnom volumenu pluća i moglo bi biti uzrokovano aktivacijom receptora za istezanje pluća.
Sažimajući gore opisana opažanja, znanstvenici su došli do zaključka da tijekom hranjenja na velikim dubinama dolazi do kratkotrajnog povećanja otkucaja srca za 2.5 puta. Međutim, prosječni vršni broj otkucaja srca tijekom iskoraka pri hranjenju još uvijek je bio samo polovica predviđene vrijednosti u mirovanju. Ovi su podaci u skladu s hipotezom da fleksibilni lukovi aorte velikih kitova stvaraju učinak rezervoara tijekom sporog otkucaja srca tijekom ronjenja. Osim toga, raspon viših otkucaja srca tijekom razdoblja nakon ronjenja podržava hipotezu da su aortalna impedancija i srčano opterećenje smanjeni tijekom površinskog intervala zbog destruktivne interferencije izlaznih i reflektiranih tlačnih valova u aorti.
Teška bradikardija koju su primijetili istraživači može se nazvati neočekivanim rezultatom studije, s obzirom na kolosalan utrošak energije kita na manevar iskoraka dok guta vodu s planktonom. Međutim, metabolički trošak ovog manevra možda neće odgovarati otkucajima srca ili konvektivnom transportu kisika, dijelom zbog kratkog trajanja hranjenja i mogućeg regrutiranja glikolitičkih, brzih mišićnih vlakana.
Tijekom iskoraka plavi kitovi ubrzavaju do velikih brzina i apsorbiraju količinu vode koja može biti veća od njihovog tijela. Znanstvenici pretpostavljaju da veliki otpor i energija potrebni za manevar brzo troše ukupne rezerve kisika u tijelu, čime se ograničava vrijeme ronjenja. Mehanička sila potrebna za apsorpciju velikih količina vode vjerojatno će daleko premašiti aerobnu metaboličku silu. Zato se pri takvim manevrima otkucaji srca ubrzavaju, ali vrlo kratko.
Za detaljnije upoznavanje s nijansama studije, preporučujem da pogledate .
Epilog
Jedno od najvažnijih otkrića je da plavi kitovi zahtijevaju skoro maksimalne otkucaje srca za izmjenu plinova i reperfuziju tijekom kratkih površinskih intervala, bez obzira na prirodu gubitka kisika u krvi i mišićima tijekom ronjenja. Ako uzmemo u obzir da veći plavi kitovi moraju uložiti više rada u kraćem vremenskom razdoblju kako bi došli do hrane (u skladu s alometrijskim hipotezama), tada se neizbježno suočavaju s nekoliko fizioloških ograničenja kako tijekom ronjenja tako i tijekom intervala na površini. To znači da je evolucijski gledano veličina njihovog tijela ograničena, jer da je veće, proces dobivanja hrane bio bi vrlo skup i ne bi bio nadoknađen primljenom hranom. I sami istraživači vjeruju da srce plavog kita radi na granici svojih mogućnosti.
U budućnosti znanstvenici planiraju proširiti mogućnosti svog uređaja, uključujući dodavanje akcelerometra kako bi bolje razumjeli učinak različitih fizičkih aktivnosti na otkucaje srca. Također planiraju koristiti svoj EKG senzor na drugim morskim životima.
Kao što pokazuje ova studija, nije lako biti najveće stvorenje s najvećim srcem. Međutim, bez obzira na veličinu morskih stanovnika, bez obzira na način ishrane, moramo shvatiti da vodeni stupac, koji ljudi koriste za ribolov, vađenje i transport, ostaje njihov dom. Mi smo samo gosti i stoga se moramo ponašati u skladu s tim.
Petak off-top:
Rijetka snimka plavog kita koja pokazuje kapacitet svojih usta.
Još jedan div u morima je kit sperme. U ovom videu znanstvenici pomoću ROV-a Hercules na daljinsko upravljanje snimili su znatiželjnog kita sjemena na dubini od 598 metara.
Hvala na gledanju, ostanite znatiželjni i ugodan vikend svima! 🙂
Hvala što ste ostali s nama. Sviđaju li vam se naši članci? Želite li vidjeti više zanimljivog sadržaja? Podržite nas narudžbom ili preporukom prijateljima, , 30% popusta za korisnike Habra na jedinstveni analog početnih poslužitelja, koji smo izmislili za vas: (dostupno s RAID1 i RAID10, do 24 jezgre i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji? Samo ovdje u Nizozemskoj! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 USD! Pročitaj o
Izvor: www.habr.com