Sunku ginčytis su teiginiu, kad gamta turi ryškiausią vaizduotę. Kiekvienas augalijos ir faunos atstovas turi savo unikalių, o kartais net keistų bruožų, kurie dažnai netelpa į mūsų galvas. Paimkite, pavyzdžiui, tą patį mantis krabą. Šis plėšrus padaras savo galingomis nagomis gali užpulti auką ar nusikaltėlį 83 km/h greičiu, o jų regėjimo sistema yra viena sudėtingiausių kada nors žmonių ištirtų. Mantis vėžiai, nors ir aršūs, nėra itin dideli – iki 35 cm ilgio. Didžiausias jūrų ir vandenynų, taip pat planetos apskritai, gyventojas yra mėlynasis banginis. Šio žinduolio ilgis gali siekti daugiau nei 30 metrų, o svoris – 150 tonų. Nepaisant įspūdingo dydžio, mėlynuosius banginius vargu ar galima vadinti didžiuliais medžiotojais, nes... jiems labiau patinka planktonas.
Mėlynųjų banginių anatomija visada domino mokslininkus, norinčius geriau suprasti, kaip veikia toks didžiulis organizmas ir jame esantys organai. Nepaisant to, kad apie mėlynųjų banginių egzistavimą žinome jau kelis šimtus metų (tiksliau nuo 1694 m.), šie milžinai neatskleidė visų savo paslapčių. Šiandien pažvelgsime į tyrimą, kurio metu grupė mokslininkų iš Stenfordo universiteto sukūrė prietaisą, kuris buvo naudojamas pirmiesiems mėlynojo banginio širdies plakimo įrašams gauti. Kaip veikia jūrų valdovo širdis, kokius atradimus padarė mokslininkai ir kodėl negali egzistuoti už mėlynąjį banginį didesnis organizmas? Apie tai sužinome iš tyrimo grupės ataskaitos. Eik.
Tyrimo herojus
Mėlynasis banginis yra didžiausias žinduolis, didžiausias jūrų ir vandenynų gyventojas, didžiausias gyvūnas, didžiausias banginis. Ką aš galiu pasakyti, mėlynasis banginis yra tikrai pats geriausias pagal matmenis – ilgis 33 metrai, svoris 150 tonų. Skaičiai apytiksliai, bet ne mažiau įspūdingi.
Net šio milžino galva nusipelno atskiros eilutės Gineso rekordų knygoje, nes ji užima apie 27% viso kūno ilgio. Be to, mėlynųjų banginių akys yra gana mažos, ne didesnės už greipfrutą. Jei jums sunku pamatyti banginio akis, tuomet iškart pastebėsite burną. Mėlynojo banginio burnoje gali tilpti iki 100 žmonių (šiurpas pavyzdys, bet mėlynieji banginiai žmonių neėda, bent jau ne tyčia). Didelis burnos dydis atsiranda dėl gastronominių pageidavimų: banginiai minta planktonu, prarydami didžiulius kiekius vandens, kuris vėliau išleidžiamas per filtravimo aparatą, filtruojant maistą. Esant gana palankioms aplinkybėms, mėlynasis banginis per dieną sunaudoja apie 6 tonas planktono.
Kitas svarbus mėlynųjų banginių bruožas yra jų plaučiai. Jie sugeba sulaikyti kvėpavimą 1 valandą ir pasinerti į gylį iki 100 m. Tačiau, kaip ir kiti jūrų žinduoliai, mėlynieji banginiai periodiškai iškyla į vandens paviršių kvėpuoti. Kai banginiai pakyla į vandens paviršių, jie naudoja prapūtimo angą – kvėpavimo angą, padarytą iš dviejų didelių angų (šnervių) pakaušyje. Banginio iškvėpimą pro prapūtimo angą dažnai lydi vertikalus vandens fontanas iki 10 m aukščio, atsižvelgiant į banginių buveinės ypatybes, jų plaučiai dirba daug efektyviau nei mūsų – banginio plaučiai sugeria 80-90 proc. deguonies, o pas mus tik apie 15 proc. Plaučių tūris yra apie 3 tūkstančius litrų, tačiau žmonėms šis skaičius svyruoja apie 3-6 litrus.
Mėlynojo banginio širdies modelis Niu Bedfordo (JAV) muziejuje.
Mėlynojo banginio kraujotakos sistema taip pat pilna rekordinių parametrų. Pavyzdžiui, jų kraujagyslės tiesiog didžiulės, vien aortos skersmuo – apie 40 cm. Mėlynųjų banginių širdis laikoma didžiausia širdimi pasaulyje ir sveria apie toną. Turėdamas tokią didelę širdį, banginis turi daug kraujo – daugiau nei 8000 litrų suaugusio žmogaus.
O dabar sklandžiai priėjome prie paties tyrimo esmės. Mėlynojo banginio širdis, kaip jau supratome, didelė, bet plaka gana lėtai. Anksčiau buvo manoma, kad pulsas buvo apie 5-10 dūžių per minutę, retais atvejais iki 20. Tačiau iki šiol niekas nebuvo atlikęs tikslių matavimų.
Stenfordo universiteto mokslininkai teigia, kad mastelis turi didelę reikšmę biologijoje, ypač kai reikia nustatyti gyvų būtybių organų funkcines savybes. Įvairių būtybių – nuo pelių iki banginių – tyrimas leidžia nustatyti dydžio ribas, kurių gyvas organizmas negali peržengti. O širdis ir apskritai širdies ir kraujagyslių sistema yra svarbūs tokių tyrimų atributai.
Jūrų žinduoliams, kurių fiziologija visiškai pritaikyta prie jų gyvenimo būdo, prisitaikymai, susiję su nardymu ir kvėpavimo sulaikymu, atlieka svarbų vaidmenį. Nustatyta, kad daugelio šių būtybių širdies susitraukimų dažnis nukrenta žemiau jų ramybės būsenos nardymo metu. Ir pakilus į paviršių, širdies susitraukimų dažnis tampa greitesnis.
Mažesnis širdies susitraukimų dažnis nardymo metu yra būtinas norint sumažinti deguonies tiekimo į audinius ir ląsteles greitį, taip sulėtinant deguonies atsargų išeikvojimą kraujyje ir sumažinant deguonies suvartojimą pačiai širdžiai.
Yra hipotezė, kad pratimai (t. y. padidėjęs fizinis aktyvumas) moduliuoja nardymo reakciją ir padidina širdies susitraukimų dažnį nardymo metu. Ši hipotezė ypač svarbi tiriant mėlynuosius banginius, nes dėl specialaus šėrimo būdo (staigus įstūmimas nuryti vandenį) medžiagų apykaitos greitis teoriškai turėtų viršyti bazines vertes (ramybės būsena) 50 kartų. Daroma prielaida, kad tokie įtūpstai pagreitina deguonies išeikvojimą, todėl sutrumpėja nardymo trukmė.
Padidėjęs širdies susitraukimų dažnis ir padidėjęs deguonies perdavimas iš kraujo į raumenis įtūpso metu gali atlikti svarbų vaidmenį dėl tokio fizinio aktyvumo medžiagų apykaitos išlaidų. Be to, verta atsižvelgti į mažą koncentraciją mioglobinas* (Mb) mėlynųjų banginių (5-10 kartų mažesnis nei kitų jūros žinduolių: 0.8 g Mb 100 g-1 mėlynųjų banginių raumenims ir 1.8-10 g Mb kitiems jūros žinduoliams).
mioglobinas* - deguonį surišantis skeleto raumenų ir širdies raumenų baltymas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad fizinis aktyvumas, nardymo gylis ir valios valdymas keičia širdies ritmą nardant per autonominę nervų sistemą.
Papildomas veiksnys, mažinantis širdies susitraukimų dažnį, gali būti plaučių suspaudimas / išsiplėtimas nardymo / pakilimo metu.
Taigi širdies susitraukimų dažnis nardymo metu ir būnant paviršiuje yra tiesiogiai susijęs su arterijų hemodinamikos modeliais.
Finwhal
Ankstesnis pelekų banginių aortos sienelių biomechaninių savybių ir matmenų tyrimas (Balaenoptera physalus) parodė, kad nardant esant ≤10 dūžių/min. širdies ritmui, aortos lankas įgyvendina rezervuaro efektą (Windkesselio efektas), kuris ilgą laiką palaiko kraujotaką diastolinės mėnesinės* tarp širdies plakimų ir sumažina kraujo tėkmės pulsavimą į standžią distalinę aortą.
Diastolė* (diastolinis periodas) – širdies atsipalaidavimo laikotarpis tarp susitraukimų.
Visos aukščiau aprašytos hipotezės, teorijos ir išvados turi turėti materialinių įrodymų, tai yra būti patvirtintos arba paneigtos praktikoje. Tačiau norėdami tai padaryti, turite atlikti laisvai judančio mėlynojo banginio elektrokardiogramą. Paprasti metodai čia netiks, todėl mokslininkai sukūrė savo elektrokardiografijos aparatą.
Vaizdo įrašas, kuriame mokslininkai trumpai pasakoja apie savo darbą.
Banginio EKG buvo įrašyta naudojant specialiai pagamintą EKG registratorių, įmontuotą į specialią kapsulę su 4 siurbtukais. Paviršiniai EKG elektrodai buvo įmontuoti dviejuose siurbtiniuose puodeliuose. Tyrėjai nuplaukė valtimi į Monterey įlanką (Ramiajame vandenyne, netoli Kalifornijos). Kai mokslininkai pagaliau sutiko mėlynąjį banginį, kuris iškilo į paviršių, prie jo kūno (šalia kairiojo peleko) pritvirtino EKG registratorių. Remiantis anksčiau surinktais duomenimis, šis banginis yra 15 metų amžiaus patinas. Svarbu pažymėti, kad šis prietaisas yra neinvazinis, tai yra, jam nereikia įvesti jokių jutiklių ar elektrodų į gyvūno odą. Tai reiškia, kad banginiui ši procedūra yra visiškai neskausminga ir patirianti minimalų stresą dėl kontakto su žmonėmis, o tai taip pat labai svarbu, nes matuojami širdies plakimo rodmenys, kurie dėl streso gali būti iškraipyti. Rezultatas buvo 8.5 valandos EKG įrašas, iš kurio mokslininkai sugebėjo sukurti širdies ritmo profilį (vaizdas žemiau).
1 vaizdas: Mėlynojo banginio širdies ritmo profilis.
EKG bangos forma buvo panaši į tą, kuri buvo užfiksuota nelaisvėje laikomiems mažiems banginiams naudojant tą patį prietaisą. Banginio elgesys ieškodamas maisto buvo gana įprastas jo rūšiai: nardymas 16.5 minutės į 184 m gylį ir paviršiaus intervalai – 1–4 minutės.
Širdies susitraukimų dažnio profilis, atitinkantis širdies ir kraujagyslių sistemos atsaką į nardymą, parodė, kad apatinėje maisto ieškojimo nardymo fazėje vyravo širdies susitraukimų dažnis nuo 4 iki 8 dūžių per minutę, nepaisant nardymo trukmės ar didžiausio gylio. Nėrimo širdies susitraukimų dažnis (skaičiuojamas per visą nardymo trukmę) ir minimalus momentinis nardymo pulsas mažėjo ilgėjant nardymo trukmei, o didžiausias paviršinis širdies susitraukimų dažnis po nardymo didėjo ilgėjant nardymo trukmei. Tai yra, kuo ilgiau banginis buvo po vandeniu, tuo lėčiau plaka širdis nardymo metu ir greičiau pakilus.
Savo ruožtu žinduolių alometrinėse lygtyse teigiama, kad 70000 319 kg sveriančio banginio širdis sveria 80 kg, o jo smūgio tūris (per dūžius išmesto kraujo tūris) yra apie 15 l, todėl ramybės būsenos pulsas turėtų būti XNUMX dūžių/ min.
Apatinėse nardymo fazėse momentinis širdies susitraukimų dažnis buvo tarp 1/3 ir 1/2 numatyto ramybės pulso. Tačiau pakilimo etape širdies susitraukimų dažnis padidėjo. Paviršiaus intervalais širdies susitraukimų dažnis buvo maždaug du kartus didesnis už numatytą širdies susitraukimų dažnį ramybės būsenoje ir daugiausia svyravo nuo 30 iki 37 k./min. po giluminio nardymo (> 125 m gylio) ir nuo 20 iki 30 k./min. po seklesnių nėrimų.
Šis stebėjimas gali reikšti, kad norint pasiekti pageidaujamą kvėpavimo dujų apykaitą ir audinių reperfuziją (kraujo tėkmės atkūrimą) tarp gilių nardymų, būtina pagreitinti širdies ritmą.
Seklus, trumpalaikiai naktiniai nardymai buvo susiję su poilsiu, todėl buvo dažnesni mažiau aktyviose būsenose. Įprasti širdies susitraukimų dažniai, stebimi 5 minučių naktinio nardymo metu (8 dūžiai per minutę) ir jį lydintis 2 minučių paviršinis intervalas (25 dūžiai per minutę), gali sudaryti maždaug 13 dūžių per minutę širdies susitraukimų dažnį. Šis skaičius, kaip matome, yra labai artimas apskaičiuotoms alometrinių modelių prognozėms.
Tada mokslininkai profiliavo širdies ritmą, gylį ir santykinį plaučių tūrį iš 4 atskirų nardymų, kad ištirtų galimą fizinio aktyvumo ir gylio poveikį širdies ritmo reguliavimui.
2 paveikslėlis: 4 atskirų nardymų širdies ritmo, gylio ir santykinio plaučių tūrio profiliai.
Valgydamas maistą dideliame gylyje, banginis atlieka tam tikrą įstūmimo manevrą – staigiai atidaro burną, kad nurytų vandenį su planktonu, o tada maistą išfiltruoja. Pastebėta, kad širdies susitraukimų dažnis vandens rijimo momentu yra 2.5 karto didesnis nei filtravimo momentu. Tai tiesiogiai kalba apie širdies ritmo priklausomybę nuo fizinio aktyvumo.
Kalbant apie plaučius, jų poveikis širdies susitraukimų dažniui yra labai mažai tikėtinas, nes per atitinkamą nardymą nebuvo pastebėta jokių reikšmingų santykinio plaučių tūrio pokyčių.
Be to, žemesnėse seklių nardymo fazėse trumpalaikis širdies susitraukimų dažnio padidėjimas buvo susijęs būtent su santykinio plaučių tūrio pokyčiais ir gali būti sukeltas plaučių tempimo receptorių aktyvavimo.
Apibendrindami aukščiau aprašytus stebėjimus, mokslininkai padarė išvadą, kad maitinant dideliame gylyje trumpalaikis širdies susitraukimų dažnis padidėja 2.5 karto. Tačiau vidutinis didžiausias širdies susitraukimų dažnis šėrimo metu vis dar buvo tik pusė numatytos ramybės vertės. Šie duomenys atitinka hipotezę, kad lanksčios didelių banginių aortos arkos veikia rezervuaro efektą lėto nardymo pulso metu. Be to, didesnio širdies susitraukimų dažnio diapazonas laikotarpiu po nardymo patvirtino hipotezę, kad aortos varža ir širdies darbo krūvis per paviršiaus intervalą sumažėja dėl destruktyvių išeinančių ir atspindėtų slėgio bangų trukdžių aortoje.
Tyrėjų pastebėta sunki bradikardija gali būti vadinama netikėtu tyrimo rezultatu, turint omenyje milžinišką banginio energijos sąnaudą įstūmimo manevrui, ryjant vandenį su planktonu. Tačiau šio manevro medžiagų apykaitos kaina gali neatitikti širdies ritmo ar konvekcinio deguonies pernešimo, iš dalies dėl trumpos maitinimo trukmės ir galimo glikolitinių, greitai trūkčiojančių raumenų skaidulų prisitraukimo.
Įtūpimo metu mėlynieji banginiai įsibėgėja iki didelio greičio ir sugeria vandens tūrį, kuris gali būti didesnis nei jų pačių kūnas. Mokslininkai iškelia hipotezę, kad didelis pasipriešinimas ir energija, reikalinga manevravimui, greitai išeikvoja visas organizmo deguonies atsargas ir taip apriboja nardymo laiką. Mechaninė jėga, reikalinga dideliems vandens kiekiams sugerti, greičiausiai gerokai viršys aerobinę medžiagų apykaitos jėgą. Būtent todėl tokių manevrų metu pulsas padažnėjo, bet labai trumpam.
Išsamiau susipažinti su tyrimo niuansais rekomenduoju pažiūrėti .
Epilogas
Viena iš svarbiausių išvadų yra ta, kad mėlyniesiems banginiams reikalingas beveik maksimalus širdies ritmas dujų mainams ir reperfuzijai per trumpus paviršiaus intervalus, neatsižvelgiant į kraujo ir raumenų deguonies išeikvojimą nardymo metu. Jei manome, kad didesni mėlynieji banginiai turi investuoti daugiau darbo per trumpesnį laiką, kad gautų maistą (pagal alometrines hipotezes), jie neišvengiamai susiduria su keliais fiziologiniais apribojimais tiek nardymo metu, tiek paviršiaus intervale. Tai reiškia, kad evoliuciškai jų kūno dydis yra ribotas, nes jei jis būtų didesnis, maisto gavimo procesas būtų labai brangus ir jo nekompensuotų gaunamas maistas. Patys mokslininkai mano, kad mėlynojo banginio širdis dirba neviršydama savo galimybių ribos.
Ateityje mokslininkai planuoja išplėsti savo prietaiso galimybes, įskaitant akselerometrą, kad geriau suprastų įvairių fizinių veiklų poveikį širdies ritmui. Jie taip pat planuoja naudoti savo EKG jutiklį kitiems jūrų gyvūnams.
Kaip rodo šis tyrimas, būti didžiausia būtybe su didžiausia širdimi nėra lengva. Tačiau kad ir kokio dydžio jūros gyventojai bebūtų, kad ir kokios dietos jie laikytųsi, turime suprasti, kad vandens stulpelis, kurį žmonės naudoja žvejybai, gavybai ir transportavimui, išlieka jų namais. Esame tik svečiai, todėl privalome atitinkamai elgtis.
Penktadienio laisvalaikis:
Reti mėlynojo banginio kadrai, demonstruojantys savo burnos talpą.
Kitas jūrų milžinas yra kašalotas. Šiame vaizdo įraše mokslininkai, naudodami nuotoliniu būdu valdomą ROV Hercules, nufilmavo smalsų kašalotą 598 metrų gylyje.
Ačiū, kad skaitėte, būkite smalsūs ir gero savaitgalio vaikinai! 🙂
Dėkojame, kad likote su mumis. Ar jums patinka mūsų straipsniai? Norite pamatyti įdomesnio turinio? Palaikykite mus pateikdami užsakymą ar rekomenduodami draugams, , 30% nuolaida Habr vartotojams unikaliam pradinio lygio serverių analogui, kurį mes sugalvojome jums: (galima su RAID1 ir RAID10, iki 24 branduolių ir iki 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 kartus pigiau? Tik čia Olandijoje! „Dell R420“ – 2 x E5-2430 2.2 GHz 6C 128 GB DDR3 2 x 960 GB SSD 1 Gbps 100 TB – nuo 99 USD! Skaityti apie
Šaltinis: www.habr.com