Nehéz vitatkozni azzal az állítással, hogy a természetnek van a legélénkebb képzelőereje. A növény- és állatvilág minden képviselőjének megvannak a maga egyedi, sőt néha furcsa vonásai, amelyek gyakran nem férnek bele a fejünkbe. Vegyük például ugyanazt a sáskarákot. Ez a ragadozó lény erőteljes karmaival 83 km/h-s sebességgel képes megtámadni egy áldozatot vagy elkövetőt, és a látásrendszerük az egyik legösszetettebb, amit ember valaha is vizsgált. A sáska rákok, bár hevesek, nem különösebben nagyok - legfeljebb 35 cm hosszúak. A tengerek és óceánok, valamint általában a bolygó legnagyobb lakója a kék bálna. Ennek az emlősnek a hossza elérheti a 30 métert és a 150 tonnát. Lenyűgöző méretük ellenére a kék bálnákat aligha nevezhetjük félelmetes vadászoknak, mert... jobban szeretik a planktont.
A kék bálnák anatómiája mindig is érdekelte a tudósokat, akik szeretnék jobban megérteni, hogyan működnek egy ilyen hatalmas szervezet és a benne lévő szervek. Annak ellenére, hogy több száz éve (pontosabban 1694 óta) tudunk a kék bálnák létezéséről, ezek az óriások nem fedték fel minden titkukat. Ma egy tanulmányt veszünk szemügyre, amelyben a Stanford Egyetem tudósainak egy csoportja kifejlesztett egy eszközt, amellyel egy kék bálna szívverésének első felvételeit sikerült megszerezni. Hogyan működik a tengerek uralkodójának szíve, milyen felfedezéseket tettek a tudósok, és miért nem létezhet egy kék bálnánál nagyobb szervezet? Erről a kutatócsoport beszámolójából értesülünk. Megy.
Kutatási hős
A kék bálna a legnagyobb emlős, a tengerek és óceánok legnagyobb lakója, a legnagyobb állat, a legnagyobb bálna. Mit mondjak, a kék bálna valóban a legjobb méreteket tekintve - hossza 33 méter, súlya 150 tonna. A számok hozzávetőlegesek, de nem kevésbé lenyűgözőek.
Még ennek az óriásnak a feje is külön sort érdemel a Guinness Rekordok Könyvében, mivel a teljes testhossz körülbelül 27% -át foglalja el. Ráadásul a kék bálnák szeme meglehetősen kicsi, nem nagyobb, mint egy grapefruit. Ha nehezen látja a bálna szemét, akkor azonnal észreveszi a száját. Egy kék bálna szája akár 100 embert is elbír (hátborzongató példa, de a kék bálna nem eszik meg az embert, legalábbis nem szándékosan). A száj nagy mérete a gasztronómiai preferenciáknak köszönhető: a bálnák planktont esznek, hatalmas mennyiségű vizet nyelnek le, amelyet aztán egy szűrőberendezésen keresztül kiengednek, kiszűrve a táplálékot. Meglehetősen kedvező körülmények között a kék bálna körülbelül 6 tonna planktont fogyaszt naponta.
A kék bálnák másik fontos tulajdonsága a tüdejük. Képesek 1 órán keresztül visszatartani a lélegzetüket, és akár 100 m mélységbe is merülhetnek, de más tengeri emlősökhöz hasonlóan a kék bálnák is időnként felbukkannak a víz felszínére lélegezni. Amikor a bálnák felemelkednek a víz felszínére, egy légzőnyílást használnak, amely két nagy nyílásból (orrlyukból) van a fejük hátulján. A bálna kilégzését a fúvólyukon gyakran egy függőleges, akár 10 m magas szökőkút is kíséri, a bálnák élőhelyének adottságait figyelembe véve a tüdejük sokkal hatékonyabban működik, mint a miénk - a bálna tüdeje a víz 80-90%-át szívja fel. oxigén, a miénk pedig csak körülbelül 15%. A tüdő térfogata körülbelül 3 ezer liter, de embernél ez a szám 3-6 liter körül mozog.
Kék bálna szívének modellje egy múzeumban New Bedfordban (USA).
A kék bálna keringési rendszere is tele van rekordparaméterekkel. Például az ereik egyszerűen hatalmasak, az aorta átmérője önmagában körülbelül 40 cm. A kék bálnák szíve a világ legnagyobb szíve, súlya körülbelül egy tonna. Ilyen nagy szívvel a bálnában sok vér van - egy felnőttnél több mint 8000 liter.
És most simán elérkezünk magának a tanulmánynak a lényegéhez. A kék bálna szíve nagy, ahogy már megértettük, de elég lassan ver. Korábban azt hitték, hogy a pulzus 5-10 ütés/perc volt, ritka esetekben akár 20 is. Pontos méréseket azonban eddig senki sem végzett.
A Stanford Egyetem tudósai szerint a méreteknek nagy jelentősége van a biológiában, különösen az élőlények szerveinek funkcionális jellemzőinek meghatározásakor. A különféle lények tanulmányozása, az egerektől a bálnákig, lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk azokat a mérethatárokat, amelyeket egy élő szervezet nem léphet túl. És általában a szív és a szív- és érrendszer fontos jellemzői az ilyen vizsgálatoknak.
A tengeri emlősökben, akiknek fiziológiája teljesen igazodik életmódjukhoz, a búvárkodáshoz és a lélegzetvisszatartáshoz kapcsolódó alkalmazkodások fontos szerepet játszanak. Azt találták, hogy sok ilyen lény szívverése merülés közben nyugalmi állapotuk alá esik. És miután felemelkedett a felszínre, a szívverés felgyorsul.
A búvárkodás során alacsonyabb pulzusszámra van szükség ahhoz, hogy csökkentsük a szövetek és sejtek oxigénszállítási sebességét, ezáltal lelassítjuk a vér oxigéntartalékainak kimerülését, és csökkentjük magának a szívnek az oxigénfogyasztását.
Feltételezik, hogy az edzés (azaz a fokozott fizikai aktivitás) modulálja a merülési választ és növeli a pulzusszámot merülés közben. Ez a hipotézis különösen fontos a kék bálnák tanulmányozása szempontjából, mivel a speciális etetési mód (hirtelen kitörés a víz lenyelésére) miatt az anyagcsere sebességének elméletileg meg kell haladnia az alapértékeket (nyugalmi állapot) 50 alkalommal. Feltételezhető, hogy az ilyen kitörések felgyorsítják az oxigén kimerülését, ezáltal csökkentve a merülés időtartamát.
A megnövekedett pulzusszám és a megnövekedett oxigénszállítás a vérből az izmokba a kitörés során fontos szerepet játszhat az ilyen fizikai aktivitás anyagcsere-költségei miatt. Ezen kívül érdemes figyelembe venni az alacsony koncentrációt mioglobin* (Mb) kék bálnákban (5-10-szer alacsonyabb, mint más tengeri emlősökben: 0.8 g Mb 100 g-1 izomra kék bálnákban és 1.8-10 g Mb más tengeri emlősökben).
Mioglobin* - a vázizmok és a szívizmok oxigénmegkötő fehérjéje.
Következésképpen a fizikai aktivitás, a merülési mélység és az akaratlagos kontroll megváltoztatja a pulzusszámot merülés közben az autonóm idegrendszeren keresztül.
A pulzusszám csökkentésének további tényezője lehet a tüdő összenyomása/tágulása merülés/emelkedés közben.
Így a pulzusszám merülés közben és a felszínen való tartózkodás során közvetlenül összefügg az artériás hemodinamikai mintázatokkal.
Uszonyos bálna
Egy korábbi tanulmány az aortafalak biomechanikai tulajdonságairól és méreteiről uszonyos bálnákban (Balaenoptera physalus) kimutatta, hogy ≤10 ütés/perc pulzus mellett történő merülés során az aortaív tartályhatást fejt ki (Windkessel hatás), amely hosszú ideig fenntartja a véráramlást diasztolés időszakok* szívverések között, és csökkenti a véráramlás pulzálását a merev disztális aortába.
Diastole* (diasztolés periódus) - a szív ellazulásának időszaka az összehúzódások között.
Valamennyi fent leírt hipotézisnek, elméletnek és következtetésnek tárgyi bizonyítékkal kell rendelkeznie, azaz a gyakorlatban meg kell erősíteni vagy cáfolni. Ehhez azonban elektrokardiogramot kell végezni egy szabadon mozgó kék bálnán. Az egyszerű módszerek itt nem működnek, ezért a tudósok elkészítették saját elektrokardiográfiás készüléküket.
Egy videó, amelyben a kutatók röviden mesélnek munkájukról.
A bálna EKG-ját egy speciális, 4 tapadókoronggal ellátott kapszulába épített, egyedi készítésű EKG-felvevővel rögzítették. Két tapadókorongba felületi EKG-elektródákat építettek. A kutatók hajóval a Monterey-öbölbe (Csendes-óceán, Kalifornia közelében) mentek. Amikor a tudósok végre találkoztak egy felszínre került kék bálnával, egy EKG-felvevőt erősítettek a testére (a bal uszonya mellé). Korábban gyűjtött adatok szerint ez a bálna 15 évesen hím. Fontos megjegyezni, hogy ez az eszköz nem invazív, vagyis nem szükséges semmilyen szenzort vagy elektródát bevinni az állat bőrébe. Vagyis a bálnák számára ez az eljárás teljesen fájdalommentes és minimális stresszt okoz az emberekkel való érintkezésből, ami szintén rendkívül fontos, mivel szívverést mérnek, ami a stressz miatt eltorzulhat. Az eredmény egy 8.5 órás EKG-felvétel volt, amelyből a tudósok pulzusprofilt tudtak felépíteni (az alábbi kép).
1. kép: Kék bálna pulzusprofil.
Az EKG hullámforma hasonló volt a fogságban tartott kis bálnák ugyanazon eszközzel rögzített hullámformájához. A bálna táplálékkereső viselkedése a faja számára teljesen normális volt: 16.5 percig merült 184 méteres mélységig, és 1-4 perces felszíni időközönként.
A szívritmusprofil, amely összhangban van a merülésre adott kardiovaszkuláris reakcióval, azt mutatta, hogy a 4 és 8 ütés/perc közötti pulzusszám dominált a táplálékkereső merülések alsó fázisában, függetlenül a merülés időtartamától vagy a maximális mélységtől. A merülési pulzusszám (a teljes merülési időtartamra számítva) és a minimális pillanatnyi merülési pulzus a merülés időtartamával csökkent, míg a merülés utáni maximális felszíni pulzus a merülés időtartamával nőtt. Vagyis minél tovább volt a bálna víz alatt, annál lassabban ver a szív a merülés alatt, és annál gyorsabban az emelkedés után.
Az emlősökre vonatkozó allometrikus egyenletek viszont azt állítják, hogy egy 70000 319 kg súlyú bálnának 80 kg a szíve, és a lökettérfogata (az egy ütésenként kidobott vér mennyisége) körülbelül 15 l, ezért a nyugalmi pulzusszám XNUMX ütem/ min.
A merülések alsó fázisaiban a pillanatnyi pulzus az előre jelzett nyugalmi pulzusszám 1/3 és 1/2 között volt. A pulzusszám azonban megnőtt az emelkedési szakaszban. A felszíni időközönként a pulzusszám megközelítőleg kétszerese volt az előre jelzett nyugalmi pulzusszámnak, és túlnyomórészt 30-37 ütés/perc között volt mély merülések (>125 m mélység), illetve 20-30 ütés/perc között sekélyebb merülések után.
Ez a megfigyelés azt jelezheti, hogy a szívfrekvencia felgyorsítása szükséges a kívánt légúti gázcsere és a szövetek reperfúziója (a véráramlás helyreállítása) eléréséhez a mély merülések között.
A sekély, rövid ideig tartó éjszakai merülések a pihenéssel jártak, ezért gyakrabban fordultak elő kevésbé aktív állapotokban. Az 5 perces éjszakai merülés során megfigyelt tipikus pulzusszám (8 ütés/perc) és az azt kísérő 2 perces felszíni intervallum (25 ütés/perc) körülbelül 13 ütés/perc pulzusszámot eredményezhet. Ez a szám, mint láthatjuk, feltűnően közel áll az allometrikus modellek becsült előrejelzéseihez.
A tudósok ezután négy különálló merülésből profilozták a pulzusszámot, a mélységet és a relatív tüdőtérfogatot, hogy megvizsgálják a fizikai aktivitás és a mélység szívritmusszabályozásra gyakorolt lehetséges hatásait.
2. kép: Pulzusszám, mélység és relatív tüdőtérfogat profil 4 egyéni merülésnél.
Amikor nagy mélységben eszik ételt, a bálna bizonyos kitörési manővert hajt végre - élesen kinyitja a száját, hogy planktonnal nyelje le a vizet, majd kiszűri az ételt. Megfigyelték, hogy a szívverés a víz lenyelése pillanatában 2.5-szer magasabb, mint a szűrés pillanatában. Ez közvetlenül a pulzusszám fizikai aktivitástól való függésére utal.
Ami a tüdőt illeti, ezek szívritmusra gyakorolt hatása rendkívül valószínűtlen, mivel a szóban forgó merülések során nem figyeltek meg jelentős változást a tüdő relatív térfogatában.
Sőt, a sekély merülések alsó fázisaiban a pulzusszám rövid távú növekedése pontosan a tüdő relatív térfogatának változásával járt együtt, és ezt a tüdőnyúlás receptorának aktiválása okozhatta.
A fent leírt megfigyeléseket összegezve a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a nagy mélységben történő etetés során a pulzusszám rövid távú 2.5-szeresére nő. Az etetési kitörések során tapasztalt átlagos csúcspulzusszám azonban még mindig csak a fele volt az előre jelzett nyugalmi értéknek. Ezek az adatok összhangban vannak azzal a hipotézissel, hogy a nagy bálnák hajlékony aortaívei rezervoár hatást fejtenek ki a búvárkodás lassú pulzusa során. Ezenkívül a magasabb pulzusszám tartománya a merülés utáni időszakban alátámasztotta azt a hipotézist, hogy az aorta impedanciája és a szív munkaterhelése csökken a felszíni intervallum alatt az aortában kimenő és visszavert nyomáshullámok destruktív interferencia következtében.
A kutatók által megfigyelt súlyos bradycardia a vizsgálat váratlan eredményének nevezhető, tekintettel arra, hogy a bálna óriási energiafelhasználást hajtott végre a kitörési manőver során, miközben planktonnal vizet nyelt. Ennek a manővernek a metabolikus költsége azonban nem biztos, hogy megegyezik a pulzusszámmal vagy a konvektív oxigénszállítással, részben az etetés rövid időtartama és a glikolitikus, gyors izomrostok esetleges toborzása miatt.
Kitörés közben a kék bálnák nagy sebességre gyorsulnak fel, és a saját testüknél nagyobb mennyiségű vizet szívnak fel. A tudósok azt feltételezik, hogy a manőverhez szükséges nagy ellenállás és energia gyorsan kimeríti a szervezet összes oxigéntartalékát, ezáltal korlátozza a merülési időt. A nagy mennyiségű víz elnyeléséhez szükséges mechanikai erő valószínűleg jóval meghaladja az aerob anyagcsere-erőt. Éppen ezért az ilyen manőverek során a pulzusszám megnőtt, de nagyon rövid ideig.
A tanulmány árnyalatainak részletesebb megismeréséhez javaslom, hogy tekintse meg .
Epilógus
Az egyik legfontosabb megállapítás az, hogy a kék bálnáknak közel maximális pulzusszámra van szükségük a gázcseréhez és a reperfúzióhoz rövid felszíni időközönként, függetlenül a merülések során bekövetkező vér- és izomoxigén-kiürülés természetétől. Ha figyelembe vesszük, hogy a nagyobb kék bálnáknak rövidebb idő alatt több munkaerőt kell befektetniük ahhoz, hogy táplálékot szerezzenek (az allometrikus hipotéziseknek megfelelően), akkor elkerülhetetlenül számos fiziológiai korláttal kell szembenézniük mind a merülés, mind a felszíni intervallum alatt. Ez azt jelenti, hogy evolúciósan korlátozott a testük mérete, hiszen ha nagyobb lenne, a táplálékszerzés folyamata nagyon költséges lenne, és nem kompenzálná a kapott táplálék. Maguk a kutatók úgy vélik, hogy a kék bálna szíve képességei határán dolgozik.
A jövőben a tudósok azt tervezik, hogy bővítik eszközük képességeit, beleértve egy gyorsulásmérőt is, hogy jobban megértsék a különböző fizikai tevékenységek szívritmusra gyakorolt hatását. Azt is tervezik, hogy EKG-érzékelőjüket más tengeri élőlényeken is használják majd.
Ahogy ez a tanulmány is mutatja, a legnagyobb lénynek lenni a legnagyobb szívvel nem könnyű. Mindegy azonban, hogy mekkora a tengerlakó, bármilyen étrendet követnek is, meg kell értenünk, hogy a vízoszlop, amelyet az emberek horgászatra, kitermelésre és szállításra használnak, továbbra is az otthonuk marad. Mi csak vendégek vagyunk, ezért ennek megfelelően kell viselkednünk.
péntek off-top:
Ritka felvételek egy kék bálnáról, amely bemutatja a szája kapacitását.
A tengerek másik óriása a sperma bálna. Ebben a videóban a tudósok egy távirányítós ROV Hercules segítségével egy kíváncsi sperma bálnát filmeztek le 598 méteres mélységben.
Köszönöm, hogy megnézted, maradj kíváncsi és szép hétvégét mindenkinek! 🙂
Köszönjük, hogy velünk tartott. Tetszenek cikkeink? További érdekes tartalmakat szeretne látni? Támogass minket rendeléssel vagy ajánlj ismerőseidnek, , 30% kedvezmény a Habr felhasználóknak a belépő szintű szerverek egyedülálló analógjára, amelyet mi találtunk ki Önnek: (RAID1 és RAID10, akár 24 maggal és akár 40 GB DDR4-gyel is elérhető).
Dell R730xd kétszer olcsóbb? Csak itt Hollandiában! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 dollártól! Olvasni valamiről
Forrás: will.com