Sulit untuk membantah pernyataan bahwa alam memiliki imajinasi paling jelas. Masing-masing perwakilan flora dan fauna memiliki keunikannya masing-masing, bahkan terkadang aneh, yang seringkali tidak dapat kita bayangkan. Ambil contoh, kepiting mantis yang sama. Makhluk predator ini mampu menyerang korban atau pelaku dengan cakarnya yang kuat dengan kecepatan 83 km/jam, dan sistem penglihatan mereka adalah salah satu yang paling kompleks yang pernah dipelajari manusia. Udang karang mantis, meskipun ganas, tidak terlalu besar - panjangnya mencapai 35 cm. Penghuni terbesar lautan dan samudera, serta planet ini pada umumnya, adalah paus biru. Panjang mamalia ini bisa mencapai lebih dari 30 meter dan berat 150 ton. Meskipun ukurannya mengesankan, paus biru hampir tidak bisa disebut sebagai pemburu yang tangguh, karena... mereka lebih menyukai plankton.
Anatomi paus biru selalu menarik perhatian para ilmuwan yang ingin lebih memahami cara kerja organisme sebesar itu dan organ-organ di dalamnya. Terlepas dari kenyataan bahwa kita telah mengetahui keberadaan paus biru selama beberapa ratus tahun (lebih tepatnya sejak 1694), raksasa ini belum mengungkapkan semua rahasia mereka. Hari ini kita akan melihat sebuah penelitian di mana sekelompok ilmuwan dari Universitas Stanford mengembangkan perangkat yang digunakan untuk mendapatkan rekaman pertama detak jantung paus biru. Bagaimana cara kerja jantung sang penguasa lautan, penemuan apa saja yang berhasil dibuat oleh para ilmuwan, dan mengapa organisme yang lebih besar dari paus biru tidak bisa ada? Kami mempelajari hal ini dari laporan kelompok riset. Pergi.
Pahlawan Penelitian
Paus biru adalah mamalia terbesar, penghuni lautan dan samudera terbesar, hewan terbesar, paus terbesar. Apa yang bisa saya katakan, paus biru memang yang terbaik dari segi dimensi - panjangnya 33 meter dan berat 150 ton. Jumlahnya hanya perkiraan, namun tidak kalah mengesankan.
Bahkan kepala raksasa ini layak mendapat peringkat tersendiri dalam Guinness Book of Records, karena menempati sekitar 27% dari total panjang tubuhnya. Apalagi mata paus biru berukuran cukup kecil, tidak lebih besar dari jeruk bali. Jika Anda sulit melihat mata ikan paus, maka Anda akan langsung melihat mulutnya. Mulut paus biru dapat menampung hingga 100 orang (sebuah contoh yang menyeramkan, tetapi paus biru tidak memakan manusia, setidaknya tidak dengan sengaja). Ukuran mulutnya yang besar disebabkan oleh preferensi gastronomi: paus memakan plankton, menelan air dalam jumlah besar, yang kemudian dikeluarkan melalui alat penyaring, menyaring makanan. Dalam keadaan yang cukup menguntungkan, paus biru mengonsumsi sekitar 6 ton plankton per hari.
Ciri penting lainnya dari paus biru adalah paru-parunya. Mereka mampu menahan nafas selama 1 jam dan menyelam hingga kedalaman 100 m.Namun, seperti mamalia laut lainnya, paus biru secara berkala muncul ke permukaan air untuk bernafas. Saat paus naik ke permukaan air, mereka menggunakan lubang sembur, yaitu lubang pernapasan yang terbuat dari dua lubang besar (lubang hidung) di bagian belakang kepalanya. Pernafasan ikan paus melalui lubang semburnya seringkali disertai dengan pancuran air vertikal setinggi hingga 10 m Mengingat karakteristik habitat paus, paru-paru mereka bekerja jauh lebih efisien daripada paru-paru kita - paru-paru paus menyerap 80-90% dari udara. oksigen, dan oksigen kita hanya sekitar 15%. Volume paru-paru sekitar 3 ribu liter, namun pada manusia angkanya bervariasi sekitar 3-6 liter.
Model hati paus biru di museum di New Bedford (AS).
Sistem peredaran darah paus biru juga penuh dengan parameter rekor. Misalnya, pembuluh darah mereka sangat besar, diameter aorta saja sekitar 40 cm, Jantung paus biru dianggap sebagai jantung terbesar di dunia dan beratnya sekitar satu ton. Dengan jantung sebesar itu, paus memiliki banyak darah - lebih dari 8000 liter pada orang dewasa.
Dan sekarang kita dengan lancar sampai pada inti dari penelitian itu sendiri. Jantung paus biru memang besar, seperti yang telah kita pahami, tetapi jantungnya berdetak cukup lambat. Sebelumnya, denyut nadi diyakini sekitar 5-10 denyut per menit, dalam kasus yang jarang terjadi hingga 20 denyut. Namun hingga saat ini belum ada yang melakukan pengukuran yang akurat.
Para ilmuwan dari Universitas Stanford mengatakan bahwa skala sangat penting dalam biologi, terutama dalam menentukan ciri-ciri fungsional organ makhluk hidup. Studi tentang berbagai makhluk, mulai dari tikus hingga paus, memungkinkan kita menentukan batas ukuran yang tidak dapat dilampaui oleh organisme hidup. Dan jantung serta sistem kardiovaskular secara umum merupakan atribut penting dari penelitian semacam itu.
Pada mamalia laut, yang fisiologinya sepenuhnya disesuaikan dengan gaya hidupnya, adaptasi yang terkait dengan menyelam dan menahan napas memainkan peran penting. Telah ditemukan bahwa banyak dari makhluk ini memiliki detak jantung yang turun ke tingkat di bawah kondisi istirahatnya selama menyelam. Dan setelah naik ke permukaan, detak jantung menjadi lebih cepat.
Detak jantung yang lebih rendah saat menyelam diperlukan untuk menurunkan laju pengiriman oksigen ke jaringan dan sel, sehingga memperlambat proses penipisan cadangan oksigen dalam darah dan mengurangi konsumsi oksigen oleh jantung itu sendiri.
Dihipotesiskan bahwa olahraga (yaitu peningkatan aktivitas fisik) memodulasi respons menyelam dan meningkatkan detak jantung selama menyelam. Hipotesis ini sangat penting untuk mempelajari paus biru, karena karena metode makan khusus (terjang tiba-tiba menelan air), laju metabolisme, secara teori, harus melebihi nilai dasar (keadaan istirahat) sebesar 50 kali. Diasumsikan bahwa serangan seperti itu mempercepat penipisan oksigen, sehingga mengurangi durasi penyelaman.
Peningkatan detak jantung dan peningkatan transfer oksigen dari darah ke otot selama melakukan lunge mungkin memainkan peran penting karena biaya metabolisme dari aktivitas fisik tersebut. Selain itu, perlu mempertimbangkan konsentrasi rendah mioglobin* (Mb) pada paus biru (5-10 kali lebih rendah dibandingkan mamalia laut lainnya: 0.8 g Mb per 100 g-1 otot pada paus biru dan 1.8-10 g Mb pada mamalia laut lainnya.
Mioglobin* - protein pengikat oksigen otot rangka dan otot jantung.
Kesimpulannya, aktivitas fisik, kedalaman penyelaman, dan kendali kemauan mengubah detak jantung selama menyelam melalui sistem saraf otonom.
Faktor tambahan dalam mengurangi detak jantung mungkin adalah kompresi/ekspansi paru-paru selama menyelam/pendakian.
Jadi, detak jantung saat menyelam dan saat berada di permukaan berhubungan langsung dengan pola hemodinamik arteri.
Paus sirip
Sebuah studi sebelumnya tentang sifat biomekanik dan dimensi dinding aorta pada paus sirip (Balaenoptera physalus) menunjukkan bahwa selama menyelam dengan detak jantung β€10 denyut/menit, lengkung aorta menerapkan efek reservoir (Efek Windkessel), yang menjaga aliran darah untuk waktu yang lama periode diastolik* antara detak jantung dan mengurangi denyut aliran darah ke aorta distal yang kaku.
Diastol* (periode diastolik) - periode relaksasi jantung di antara kontraksi.
Semua hipotesis, teori, dan kesimpulan yang diuraikan di atas harus mempunyai bukti material, yaitu dapat dibenarkan atau disangkal dalam praktik. Namun untuk melakukan ini, Anda perlu melakukan elektrokardiogram pada paus biru yang bergerak bebas. Metode sederhana tidak akan berhasil di sini, jadi para ilmuwan telah menciptakan perangkat elektrokardiografi mereka sendiri.
Sebuah video di mana para peneliti berbicara secara singkat tentang pekerjaan mereka.
EKG paus direkam menggunakan perekam EKG yang dibuat khusus dalam kapsul khusus dengan 4 mangkuk penghisap. Elektroda EKG permukaan dipasang pada dua cangkir hisap. Para peneliti naik perahu ke Teluk Monterey (Samudra Pasifik, dekat California). Ketika para ilmuwan akhirnya bertemu dengan paus biru yang muncul ke permukaan, mereka memasang perekam EKG di tubuhnya (di sebelah sirip kirinya). Berdasarkan data yang dihimpun sebelumnya, paus ini berjenis kelamin jantan dengan usia 15 tahun. Penting untuk dicatat bahwa perangkat ini bersifat non-invasif, yaitu tidak memerlukan pengenalan sensor atau elektroda apa pun ke dalam kulit hewan. Artinya, bagi paus, prosedur ini sama sekali tidak menimbulkan rasa sakit dan dengan tekanan minimal akibat kontak dengan manusia, yang juga sangat penting, mengingat pembacaan detak jantung dilakukan, yang dapat terdistorsi karena stres. Hasilnya adalah rekaman EKG 8.5 jam yang memungkinkan para ilmuwan membuat profil detak jantung (gambar di bawah).
Gambar #1: Profil detak jantung paus biru.
Bentuk gelombang EKG mirip dengan yang direkam pada paus kecil yang ditangkap dengan menggunakan perangkat yang sama. Perilaku paus mencari makan cukup normal untuk spesiesnya: menyelam selama 16.5 menit hingga kedalaman 184 m dan interval permukaan 1 hingga 4 menit.
Profil detak jantung, konsisten dengan respons kardiovaskular terhadap penyelaman, menunjukkan bahwa detak jantung antara 4 dan 8 detak per menit mendominasi selama fase bawah penyelaman mencari makan, terlepas dari durasi penyelaman atau kedalaman maksimum. Denyut jantung penyelaman (dihitung sepanjang durasi penyelaman) dan detak jantung penyelaman sesaat minimum menurun seiring dengan durasi penyelaman, sedangkan detak jantung permukaan maksimum pasca penyelaman meningkat seiring dengan durasi penyelaman. Artinya, semakin lama paus berada di bawah air, semakin lambat detak jantungnya saat menyelam dan semakin cepat setelah pendakian.
Pada gilirannya, persamaan alometrik untuk mamalia menyatakan bahwa seekor ikan paus dengan berat 70000 kg memiliki jantung dengan berat 319 kg, dan volume sekuncupnya (volume darah yang dikeluarkan per denyut) sekitar 80 l, oleh karena itu, denyut jantung istirahat harus 15 denyut/ menit.
Selama fase penyelaman yang lebih rendah, detak jantung sesaat berada di antara 1/3 dan 1/2 dari perkiraan detak jantung istirahat. Namun, detak jantung meningkat selama tahap pendakian. Pada interval permukaan, detak jantung kira-kira dua kali lipat detak jantung istirahat yang diperkirakan dan berkisar antara 30 hingga 37 bpm setelah penyelaman dalam (kedalaman >125 m) dan dari 20 hingga 30 bpm setelah penyelaman yang lebih dangkal.
Pengamatan ini mungkin menunjukkan bahwa percepatan detak jantung diperlukan untuk mencapai pertukaran gas pernapasan yang diinginkan dan reperfusi (pemulihan aliran darah) jaringan di antara penyelaman yang dalam.
Penyelaman malam yang dangkal dan berdurasi pendek dikaitkan dengan istirahat dan oleh karena itu lebih sering terjadi di negara-negara yang kurang aktif. Denyut jantung khas yang diamati selama penyelaman malam hari selama 5 menit (8 denyut per menit) dan interval permukaan 2 menit yang menyertainya (25 denyut per menit) dapat digabungkan untuk menghasilkan denyut jantung sekitar 13 denyut per menit. Angka ini, sebagaimana dapat kita lihat, sangat mendekati perkiraan model alometrik.
Para ilmuwan kemudian membuat profil detak jantung, kedalaman, dan volume paru-paru relatif dari 4 penyelaman terpisah untuk memeriksa potensi dampak aktivitas fisik dan kedalaman terhadap regulasi detak jantung.
Gambar #2: Profil detak jantung, kedalaman, dan volume paru-paru relatif dari 4 penyelaman individu.
Saat memakan makanan di tempat yang sangat dalam, paus melakukan manuver lunge tertentu - ia membuka mulutnya dengan tajam untuk menelan air yang mengandung plankton, dan kemudian menyaring makanan tersebut. Teramati bahwa detak jantung pada saat menelan air 2.5 kali lebih tinggi dibandingkan pada saat penyaringan. Ini secara langsung menunjukkan ketergantungan detak jantung pada aktivitas fisik.
Sedangkan untuk paru-paru, pengaruhnya terhadap detak jantung sangat kecil kemungkinannya, karena tidak ada perubahan signifikan pada volume paru-paru relatif yang teramati selama penyelaman tersebut.
Selain itu, pada penyelaman dangkal fase bawah, peningkatan denyut jantung jangka pendek justru dikaitkan dengan perubahan volume relatif paru-paru dan dapat disebabkan oleh aktivasi reseptor regangan paru.
Meringkas pengamatan yang dijelaskan di atas, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa selama makan di kedalaman yang sangat dalam, terjadi peningkatan detak jantung jangka pendek sebesar 2.5 kali lipat. Namun, rata-rata detak jantung puncak saat feeding lunge masih hanya setengah dari nilai istirahat yang diprediksi. Data ini konsisten dengan hipotesis bahwa lengkung aorta yang fleksibel pada paus besar memberikan efek reservoir selama detak jantung yang lambat saat menyelam. Selain itu, kisaran detak jantung yang lebih tinggi selama periode pasca penyelaman mendukung hipotesis bahwa impedansi aorta dan beban kerja jantung berkurang selama interval permukaan karena gangguan destruktif gelombang tekanan keluar dan pantulan di aorta.
Bradikardia parah yang diamati oleh para peneliti dapat disebut sebagai hasil penelitian yang tidak terduga, mengingat pengeluaran energi yang sangat besar oleh paus saat melakukan manuver lunge sambil menelan air dengan plankton. Namun, biaya metabolik dari manuver ini mungkin tidak sesuai dengan detak jantung atau transportasi oksigen konvektif, sebagian karena durasi makan yang singkat dan kemungkinan perekrutan serat otot glikolitik yang bergerak cepat.
Saat melakukan lunge, paus biru berakselerasi hingga kecepatan tinggi dan menyerap volume air yang mungkin lebih besar dari tubuhnya sendiri. Para ilmuwan berhipotesis bahwa resistensi tinggi dan energi yang diperlukan untuk bermanuver dengan cepat menghabiskan cadangan oksigen total tubuh, sehingga membatasi waktu menyelam. Kekuatan mekanik yang dibutuhkan untuk menyerap air dalam jumlah besar kemungkinan besar jauh melebihi kekuatan metabolisme aerobik. Itulah sebabnya selama manuver seperti itu, detak jantung meningkat, tetapi untuk waktu yang sangat singkat.
Untuk kenalan yang lebih detail dengan nuansa penelitian, saya sarankan untuk melihatnya .
Bagian terakhir dr suatu karya sastra
Salah satu temuan paling penting adalah bahwa paus biru memerlukan detak jantung mendekati maksimum untuk pertukaran gas dan reperfusi selama interval permukaan yang pendek, terlepas dari sifat penipisan oksigen darah dan otot selama menyelam. Jika kita menganggap bahwa paus biru yang lebih besar harus menginvestasikan lebih banyak tenaga kerja dalam periode waktu yang lebih singkat untuk mendapatkan makanan (sesuai dengan hipotesis alometrik), maka mereka pasti menghadapi beberapa kendala fisiologis baik selama penyelaman maupun selama interval permukaan. Artinya secara evolusi ukuran tubuh mereka terbatas, karena jika lebih besar maka proses memperoleh makanan akan sangat memakan biaya dan tidak akan terkompensasi dengan makanan yang diterima. Para peneliti sendiri percaya bahwa jantung paus biru bekerja pada batas kemampuannya.
Di masa depan, para ilmuwan berencana untuk memperluas kemampuan perangkat mereka, termasuk menambahkan akselerometer untuk lebih memahami pengaruh berbagai aktivitas fisik terhadap detak jantung. Mereka juga berencana menggunakan sensor EKG pada kehidupan laut lainnya.
Seperti yang ditunjukkan oleh penelitian ini, menjadi makhluk terbesar dengan hati terbesar tidaklah mudah. Namun, berapa pun ukuran penghuni laut, apa pun pola makan yang mereka jalani, kita perlu memahami bahwa kolom air, yang digunakan manusia untuk memancing, mengekstraksi, dan transportasi, tetap menjadi rumah mereka. Kami hanyalah tamu, oleh karena itu kami harus bersikap sebagaimana mestinya.
Hari Jumat libur:
Rekaman langka paus biru menunjukkan kapasitas mulutnya.
Raksasa lautan lainnya adalah paus sperma. Dalam video ini, para ilmuwan menggunakan ROV Hercules yang dikendalikan dari jarak jauh memfilmkan paus sperma yang penasaran di kedalaman 598 meter.
Terima kasih telah menonton, tetap penasaran dan semoga akhir pekanmu menyenangkan semuanya! π
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda menyukai artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman, , Diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server level awal, yang kami ciptakan untuk Anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya disini di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai $99! Membaca tentang
Sumber: www.habr.com