Sukar untuk berhujah dengan kenyataan bahawa alam semula jadi mempunyai imaginasi yang paling jelas. Setiap wakil flora dan fauna mempunyai ciri tersendiri, malah kadangkala pelik, yang selalunya tidak sesuai dengan fikiran kita. Ambil, sebagai contoh, ketam mantis yang sama. Makhluk pemangsa ini mampu menyerang mangsa atau pesalah dengan kukunya yang kuat pada kelajuan 83 km/j, dan sistem visual mereka adalah salah satu yang paling kompleks pernah dikaji oleh manusia. Udang mantis, walaupun garang, tidak begitu besar - sehingga 35 cm panjang. Penghuni terbesar di laut dan lautan, serta planet secara amnya, adalah ikan paus biru. Panjang mamalia ini boleh mencapai lebih daripada 30 meter dan berat 150 tan. Walaupun saiznya yang mengagumkan, paus biru hampir tidak boleh dipanggil pemburu yang hebat, kerana... mereka lebih suka plankton.
Anatomi paus biru sentiasa menarik minat saintis yang ingin lebih memahami bagaimana organisma besar dan organ di dalamnya berfungsi. Walaupun fakta bahawa kita telah mengetahui tentang kewujudan paus biru selama beberapa ratus tahun (sejak 1694, lebih tepat lagi), gergasi ini tidak mendedahkan semua rahsia mereka. Hari ini kita akan melihat kajian di mana sekumpulan saintis dari Universiti Stanford membangunkan peranti yang digunakan untuk mendapatkan rakaman pertama degupan jantung ikan paus biru. Bagaimanakah jantung penguasa laut berfungsi, apakah penemuan yang telah dibuat oleh saintis, dan mengapa organisma yang lebih besar daripada ikan paus biru tidak boleh wujud? Kami belajar tentang ini daripada laporan kumpulan penyelidik. Pergi.
Wira Penyelidikan
Paus biru adalah mamalia terbesar, penduduk terbesar di laut dan lautan, haiwan terbesar, paus terbesar. Apa yang boleh saya katakan, paus biru adalah yang terbaik dari segi dimensi - panjangnya 33 meter dan berat 150 tan. Nombornya adalah anggaran, tetapi tidak kurang hebatnya.
Malah ketua gergasi ini layak mendapat garis berasingan dalam Buku Rekod Guinness, kerana ia menduduki kira-kira 27% daripada jumlah panjang badan. Selain itu, mata paus biru agak kecil, tidak lebih besar daripada limau gedang. Jika sukar untuk anda melihat mata ikan paus, maka anda akan perasan mulut serta-merta. Mulut paus biru boleh memuatkan sehingga 100 orang (contoh yang menyeramkan, tetapi paus biru tidak memakan orang, sekurang-kurangnya tidak sengaja). Saiz mulut yang besar adalah disebabkan oleh keutamaan gastronomi: ikan paus memakan plankton, menelan sejumlah besar air, yang kemudiannya dilepaskan melalui alat penapis, menapis makanan. Dalam keadaan yang agak baik, paus biru menggunakan kira-kira 6 tan plankton setiap hari.
Satu lagi ciri penting paus biru ialah paru-paru mereka. Mereka mampu menahan nafas selama 1 jam dan menyelam hingga kedalaman sehingga 100 m. Tetapi, seperti mamalia laut lain, paus biru muncul secara berkala ke permukaan air untuk bernafas. Apabila paus naik ke permukaan air, mereka menggunakan lubang semburan, lubang pernafasan yang diperbuat daripada dua bukaan besar (lubang hidung) di belakang kepala mereka. Hembusan nafas ikan paus melalui lubang hembusnya selalunya disertai dengan pancutan air menegak sehingga 10 m tinggi. Memandangkan ciri-ciri habitat ikan paus, paru-paru mereka berfungsi dengan lebih cekap daripada paru-paru kita - paru-paru ikan paus menyerap 80-90% daripada oksigen, dan kita hanya kira-kira 15%. Isipadu paru-paru adalah kira-kira 3 ribu liter, tetapi pada manusia angka ini berbeza-beza sekitar 3-6 liter.
Model jantung paus biru di sebuah muzium di New Bedford (AS).
Sistem peredaran darah paus biru juga penuh dengan parameter rekod. Sebagai contoh, kapal mereka sangat besar, diameter aorta sahaja adalah kira-kira 40 cm. Jantung ikan paus biru dianggap jantung terbesar di dunia dan beratnya kira-kira satu tan. Dengan hati yang begitu besar, ikan paus mempunyai banyak darah - lebih daripada 8000 liter pada orang dewasa.
Dan kini kami lancar sampai ke intipati kajian itu sendiri. Jantung paus biru itu besar, seperti yang telah kita fahami, tetapi ia berdegup agak perlahan. Sebelum ini, dipercayai bahawa nadi adalah kira-kira 5-10 denyutan seminit, dalam kes yang jarang berlaku sehingga 20. Tetapi tiada siapa yang membuat ukuran yang tepat sehingga kini.
Para saintis dari Universiti Stanford mengatakan bahawa skala adalah sangat penting dalam biologi, terutamanya apabila ia datang untuk menentukan ciri-ciri fungsi organ makhluk hidup. Kajian tentang pelbagai makhluk, dari tikus hingga ikan paus, membolehkan kita menentukan had saiz yang tidak boleh melebihi organisma hidup. Dan jantung dan sistem kardiovaskular secara amnya adalah sifat penting kajian tersebut.
Dalam mamalia marin, yang fisiologinya disesuaikan sepenuhnya dengan gaya hidup mereka, penyesuaian yang berkaitan dengan menyelam dan menahan nafas memainkan peranan penting. Telah didapati bahawa kebanyakan makhluk ini mempunyai kadar denyutan jantung yang menurun ke paras di bawah keadaan berehat semasa menyelam. Dan setelah naik ke permukaan, degupan jantung menjadi lebih cepat.
Kadar denyutan jantung yang lebih rendah semasa menyelam adalah perlu untuk mengurangkan kadar penghantaran oksigen ke tisu dan sel, dengan itu melambatkan proses penyusutan rizab oksigen dalam darah dan mengurangkan penggunaan oksigen oleh jantung itu sendiri.
Adalah dihipotesiskan bahawa senaman (iaitu peningkatan aktiviti fizikal) memodulasi tindak balas selaman dan meningkatkan kadar denyutan jantung semasa menyelam. Hipotesis ini amat penting untuk kajian ikan paus biru, kerana disebabkan kaedah pemakanan khas (terjun secara tiba-tiba untuk menelan air), kadar metabolisme, secara teori, harus melebihi nilai asas (keadaan berehat) dengan 50 kali. Diandaikan bahawa lunges tersebut mempercepatkan pengurangan oksigen, oleh itu mengurangkan tempoh selaman.
Peningkatan kadar denyutan jantung dan peningkatan pemindahan oksigen daripada darah ke otot semasa lunge mungkin memainkan peranan penting disebabkan oleh kos metabolik aktiviti fizikal tersebut. Di samping itu, ia patut mempertimbangkan kepekatan yang rendah mioglobin* (Mb) dalam paus biru (5-10 kali lebih rendah daripada mamalia marin lain: 0.8 g Mb setiap 100 g-1 otot dalam paus biru dan 1.8-10 g Mb dalam mamalia marin lain.
Mioglobin* - protein pengikat oksigen otot rangka dan otot jantung.
Sebagai kesimpulan, aktiviti fizikal, kedalaman menyelam dan kawalan kehendak mengubah kadar denyutan jantung semasa menyelam melalui sistem saraf autonomi.
Faktor tambahan dalam mengurangkan kadar denyutan jantung mungkin adalah mampatan/pengembangan paru-paru semasa menyelam/mendaki.
Oleh itu, kadar denyutan jantung semasa menyelam dan semasa di permukaan adalah berkaitan secara langsung dengan corak hemodinamik arteri.
Paus sirip
Kajian terdahulu tentang sifat biomekanik dan dimensi dinding aorta dalam paus sirip (Balaenoptera physalus) menunjukkan bahawa semasa menyelam pada kadar jantung β€10 denyutan/min, gerbang aorta melaksanakan kesan takungan (Kesan Windkessel), yang mengekalkan aliran darah untuk tempoh yang lama tempoh diastolik* antara degupan jantung dan mengurangkan denyutan aliran darah ke dalam aorta distal yang kaku.
Diastole* (tempoh diastolik) - tempoh relaksasi jantung antara kontraksi.
Semua hipotesis, teori dan kesimpulan yang dinyatakan di atas mesti mempunyai bukti material, iaitu, disahkan atau disangkal dalam amalan. Tetapi untuk melakukan ini, anda perlu menjalankan elektrokardiogram pada paus biru yang bergerak bebas. Kaedah mudah tidak akan berfungsi di sini, jadi saintis telah mencipta peranti mereka sendiri untuk elektrokardiografi.
Video di mana penyelidik bercakap secara ringkas tentang kerja mereka.
ECG ikan paus telah dirakam menggunakan perakam ECG yang dibuat khas yang dibina ke dalam kapsul khas dengan 4 cawan sedutan. Elektrod ECG permukaan dibina ke dalam dua cawan sedutan. Para penyelidik menaiki bot ke Monterey Bay (Lautan Pasifik, berhampiran California). Apabila saintis akhirnya bertemu dengan ikan paus biru yang telah muncul, mereka memasang perakam ECG pada badannya (di sebelah sirip kirinya). Mengikut data yang dikumpul sebelum ini, ikan paus ini adalah jantan pada usia 15 tahun. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa peranti ini tidak invasif, iaitu, ia tidak memerlukan pengenalan mana-mana sensor atau elektrod ke dalam kulit haiwan. Iaitu, untuk ikan paus prosedur ini benar-benar tidak menyakitkan dan dengan tekanan minimum daripada sentuhan dengan orang, yang juga amat penting, memandangkan bacaan degupan jantung diambil, yang boleh diputarbelitkan akibat tekanan. Hasilnya ialah rakaman ECG 8.5 jam dari mana saintis dapat membina profil kadar jantung (imej di bawah).
Imej #1: Profil kadar denyutan ikan paus biru.
Bentuk gelombang ECG adalah serupa dengan yang direkodkan dalam ikan paus kecil yang ditawan menggunakan peranti yang sama. Tingkah laku ikan paus mencari makan adalah biasa bagi spesiesnya: menyelam selama 16.5 minit hingga kedalaman 184 m dan selang permukaan 1 hingga 4 minit.
Profil kadar denyutan jantung, selaras dengan tindak balas kardiovaskular terhadap penyelaman, menunjukkan bahawa kadar denyutan jantung antara 4 dan 8 denyutan seminit didominasi semasa fasa bawah selaman mencari makan, tanpa mengira tempoh menyelam atau kedalaman maksimum. Kadar jantung menyelam (dikira sepanjang tempoh menyelam) dan kadar denyutan jantung menyelam serta-merta minimum menurun dengan tempoh menyelam, manakala kadar denyutan permukaan maksimum selepas menyelam meningkat dengan tempoh menyelam. Iaitu, semakin lama ikan paus berada di bawah air, semakin perlahan degupan jantung semasa menyelam dan semakin laju selepas pendakian.
Sebaliknya, persamaan alometrik untuk mamalia menyatakan bahawa ikan paus seberat 70000 kg mempunyai jantung seberat 319 kg, dan isipadu stroknya (isipadu darah yang dikeluarkan setiap degupan) adalah kira-kira 80 l, oleh itu, kadar denyutan jantung yang berehat hendaklah 15 degupan/ min.
Semasa fasa bawah selaman, kadar denyutan jantung serta-merta adalah antara 1/3 dan 1/2 daripada kadar denyutan jantung berehat yang diramalkan. Walau bagaimanapun, kadar denyutan jantung meningkat semasa peringkat pendakian. Pada selang permukaan, kadar denyutan jantung adalah kira-kira dua kali ganda kadar denyutan jantung berehat yang diramalkan dan berjulat terutamanya dari 30 hingga 37 bpm selepas selaman dalam (> kedalaman 125 m) dan dari 20 hingga 30 bpm selepas selaman yang lebih cetek.
Pemerhatian ini mungkin menunjukkan bahawa pecutan degupan jantung adalah perlu untuk mencapai pertukaran gas pernafasan yang diingini dan reperfusi (pemulihan aliran darah) tisu antara penyelaman dalam.
Menyelam malam yang cetek dan jangka pendek dikaitkan dengan rehat dan oleh itu lebih kerap berlaku dalam keadaan kurang aktif. Kadar denyutan jantung biasa yang diperhatikan semasa menyelam malam 5 minit (8 denyutan seminit) dan selang permukaan 2 minit yang disertakan (25 denyutan seminit) boleh bergabung untuk menghasilkan kadar denyutan jantung kira-kira 13 denyutan seminit. Angka ini, seperti yang dapat kita lihat, adalah sangat dekat dengan anggaran ramalan model alometrik.
Para saintis kemudian memprofilkan kadar denyutan jantung, kedalaman, dan isipadu paru-paru relatif daripada 4 penyelaman berasingan untuk mengkaji potensi kesan aktiviti fizikal dan kedalaman pada peraturan kadar jantung.
Imej #2: Kadar denyutan jantung, kedalaman dan profil isipadu paru-paru relatif bagi 4 penyelaman berasingan.
Apabila makan makanan pada kedalaman yang besar, ikan paus melakukan manuver lunge tertentu - ia membuka mulutnya dengan tajam untuk menelan air dengan plankton, dan kemudian menapis makanan. Telah diperhatikan bahawa kadar denyutan jantung pada saat menelan air adalah 2.5 kali lebih tinggi daripada pada saat penapisan. Ini secara langsung bercakap tentang pergantungan kadar denyutan jantung pada aktiviti fizikal.
Bagi paru-paru, kesannya terhadap kadar denyutan jantung adalah sangat tidak mungkin, kerana tiada perubahan ketara dalam jumlah paru-paru relatif diperhatikan semasa penyelaman yang dipersoalkan.
Selain itu, dalam fasa bawah selam cetek, peningkatan jangka pendek dalam kadar denyutan jantung dikaitkan dengan tepat dengan perubahan dalam isipadu relatif paru-paru dan boleh disebabkan oleh pengaktifan reseptor regangan paru-paru.
Merumuskan pemerhatian yang diterangkan di atas, saintis membuat kesimpulan bahawa semasa memberi makan pada kedalaman yang besar terdapat peningkatan jangka pendek dalam kadar denyutan jantung sebanyak 2.5 kali. Walau bagaimanapun, purata kadar denyutan puncak semasa memberi makan lunges masih hanya separuh daripada nilai rehat yang diramalkan. Data ini konsisten dengan hipotesis bahawa gerbang aorta fleksibel paus besar memberikan kesan takungan semasa kadar jantung perlahan menyelam. Di samping itu, julat kadar denyutan jantung yang lebih tinggi semasa tempoh selepas menyelam menyokong hipotesis bahawa impedans aorta dan beban kerja jantung dikurangkan semasa selang permukaan disebabkan oleh gangguan merosakkan gelombang tekanan keluar dan terpantul dalam aorta.
Bradikardia teruk yang diperhatikan oleh penyelidik boleh dipanggil hasil kajian yang tidak dijangka, memandangkan perbelanjaan tenaga yang besar oleh ikan paus pada manuver lunge sambil menelan air dengan plankton. Walau bagaimanapun, kos metabolik gerakan ini mungkin tidak sepadan dengan kadar denyutan jantung atau pengangkutan oksigen perolakan, sebahagiannya disebabkan oleh tempoh pemakanan yang singkat dan kemungkinan pengambilan gentian otot glikolitik, berkedut cepat.
Semasa menerjang, paus biru memecut ke kelajuan tinggi dan menyerap isipadu air yang boleh lebih besar daripada badan mereka sendiri. Para saintis membuat hipotesis bahawa rintangan tinggi dan tenaga yang diperlukan untuk bergerak dengan cepat menghabiskan jumlah rizab oksigen badan, dengan itu mengehadkan masa menyelam. Daya mekanikal yang diperlukan untuk menyerap sejumlah besar air berkemungkinan jauh melebihi daya metabolik aerobik. Itulah sebabnya, semasa gerakan sedemikian, kadar denyutan jantung meningkat, tetapi untuk masa yang sangat singkat.
Untuk kenalan yang lebih terperinci dengan nuansa kajian, saya cadangkan melihat .
Epilog
Salah satu penemuan paling penting ialah paus biru memerlukan kadar denyutan jantung hampir maksimum untuk pertukaran gas dan reperfusi semasa selang permukaan yang pendek, tanpa mengira sifat kekurangan oksigen darah dan otot semasa menyelam. Jika kita menganggap bahawa paus biru yang lebih besar mesti melabur lebih banyak tenaga kerja dalam tempoh masa yang lebih singkat untuk mendapatkan makanan (mengikut hipotesis alometrik), maka mereka pasti menghadapi beberapa kekangan fisiologi semasa menyelam dan semasa selang permukaan. Ini bermakna secara evolusi saiz badan mereka adalah terhad, kerana jika ia lebih besar, proses mendapatkan makanan akan menjadi sangat mahal dan tidak akan dibayar pampasan oleh makanan yang diterima. Para penyelidik sendiri percaya bahawa jantung paus biru bekerja pada had keupayaannya.
Pada masa hadapan, saintis merancang untuk mengembangkan keupayaan peranti mereka, termasuk menambah pecutan untuk lebih memahami kesan aktiviti fizikal yang berbeza pada kadar denyutan jantung. Mereka juga merancang untuk menggunakan sensor ECG mereka pada hidupan marin yang lain.
Seperti yang ditunjukkan oleh kajian ini, menjadi makhluk terbesar dengan hati terbesar bukanlah mudah. Walau bagaimanapun, tidak kira berapa saiz penduduk laut, tidak kira apa diet yang mereka patuhi, kita perlu memahami bahawa ruang air, yang digunakan oleh manusia untuk menangkap ikan, pengekstrakan dan pengangkutan, kekal sebagai rumah mereka. Kami hanya tetamu, dan oleh itu kami mesti berkelakuan sewajarnya.
Jumaat luar atas:
Rakaman jarang paus biru menunjukkan keupayaan mulutnya.
Satu lagi gergasi laut ialah paus sperma. Dalam video ini, saintis menggunakan ROV Hercules yang dikawal dari jauh merakam ikan paus sperma yang ingin tahu pada kedalaman 598 meter.
Terima kasih kerana membaca, kekal ingin tahu dan selamat berhujung minggu guys! π
Terima kasih kerana tinggal bersama kami. Adakah anda suka artikel kami? Ingin melihat kandungan yang lebih menarik? Sokong kami dengan membuat pesanan atau mengesyorkan kepada rakan, , Diskaun 30% untuk pengguna Habr pada analog unik pelayan peringkat permulaan, yang kami cipta untuk anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, sehingga 24 teras dan sehingga 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 - daripada $99! Baca tentang
Sumber: www.habr.com