É difícil argumentar contra a afirmação de que a natureza tem a imaginação mais vívida. Cada um dos representantes da flora e da fauna tem características únicas, e às vezes até estranhas, que muitas vezes não cabem em nossas cabeças. Vejamos, por exemplo, o mesmo caranguejo louva-a-deus. Esta criatura predatória é capaz de atacar uma vítima ou agressor com suas poderosas garras a uma velocidade de 83 km/h, e seu sistema visual é um dos mais complexos já estudados pelo ser humano. Os lagostins louva-a-deus, embora ferozes, não são particularmente grandes - até 35 cm de comprimento. O maior habitante dos mares e oceanos, assim como do planeta em geral, é a baleia azul. O comprimento deste mamífero pode atingir mais de 30 metros e pesar 150 toneladas. Apesar de seu tamanho impressionante, as baleias azuis dificilmente podem ser chamadas de caçadoras formidáveis, porque... eles preferem o plâncton.
A anatomia das baleias azuis sempre foi de interesse dos cientistas que desejam entender melhor como funcionam um organismo tão grande e seus órgãos. Apesar de sabermos da existência das baleias azuis há várias centenas de anos (desde 1694, para ser mais preciso), estes gigantes não revelaram todos os seus segredos. Hoje vamos dar uma olhada em um estudo em que um grupo de cientistas da Universidade de Stanford desenvolveu um dispositivo que foi usado para obter os primeiros registros dos batimentos cardíacos de uma baleia azul. Como funciona o coração do governante dos mares, que descobertas os cientistas fizeram e por que não pode existir um organismo maior do que uma baleia azul? Aprendemos sobre isso no relatório do grupo de pesquisa. Ir.
Herói da Pesquisa
A baleia azul é o maior mamífero, o maior habitante dos mares e oceanos, o maior animal, a maior baleia. O que posso dizer, a baleia azul é realmente a melhor em termos de dimensões - o comprimento é de 33 metros e o peso é de 150 toneladas. Os números são aproximados, mas não menos impressionantes.
Até a cabeça desse gigante merece uma linha separada no Livro dos Recordes do Guinness, já que ocupa cerca de 27% do comprimento total do corpo. Além disso, os olhos das baleias azuis são bem pequenos, não maiores que uma toranja. Se for difícil ver os olhos de uma baleia, você notará a boca imediatamente. A boca de uma baleia azul pode acomodar até 100 pessoas (um exemplo assustador, mas as baleias azuis não comem pessoas, pelo menos não intencionalmente). O grande tamanho da boca se deve às preferências gastronômicas: as baleias comem plâncton, engolem grandes volumes de água, que depois é liberada por um aparelho filtrante, filtrando o alimento. Em circunstâncias bastante favoráveis, a baleia azul consome cerca de 6 toneladas de plâncton por dia.
Outra característica importante das baleias azuis são os pulmões. Eles são capazes de prender a respiração por 1 hora e mergulhar a profundidades de até 100 m, mas, como outros mamíferos marinhos, as baleias azuis emergem periodicamente à superfície da água para respirar. Quando as baleias sobem à superfície da água, elas usam um respiradouro, um orifício para respirar feito de duas grandes aberturas (narinas) na parte de trás da cabeça. A exalação de uma baleia pelo respiradouro é muitas vezes acompanhada por uma fonte vertical de água de até 10 m de altura. Dadas as características do habitat das baleias, seus pulmões funcionam com muito mais eficiência que os nossos - os pulmões de uma baleia absorvem 80-90% de oxigênio, e o nosso apenas cerca de 15%. O volume dos pulmões é de cerca de 3 mil litros, mas nos humanos esse número varia em torno de 3 a 6 litros.
Maquete do coração de uma baleia azul em um museu em New Bedford (EUA).
O sistema circulatório da baleia azul também está repleto de parâmetros recordes. Por exemplo, seus vasos são simplesmente enormes, só o diâmetro da aorta é de cerca de 40 cm. O coração das baleias azuis é considerado o maior coração do mundo e pesa cerca de uma tonelada. Com um coração tão grande, a baleia tem muito sangue – mais de 8000 mil litros em um adulto.
E agora chegamos suavemente à essência do estudo em si. O coração da baleia azul é grande, como já entendemos, mas bate bem devagar. Anteriormente, acreditava-se que o pulso era de cerca de 5 a 10 batimentos por minuto, em casos raros até 20. Mas ninguém havia feito medições precisas até agora.
Cientistas da Universidade de Stanford afirmam que a escala é de grande importância na biologia, especialmente quando se trata de determinar as características funcionais dos órgãos dos seres vivos. O estudo de diversas criaturas, desde ratos até baleias, permite-nos determinar os limites de tamanho que um organismo vivo não pode ultrapassar. E o coração e o sistema cardiovascular em geral são atributos importantes desses estudos.
Nos mamíferos marinhos, cuja fisiologia está completamente adaptada ao seu estilo de vida, as adaptações associadas ao mergulho e à suspensão da respiração desempenham um papel importante. Descobriu-se que muitas dessas criaturas apresentam frequência cardíaca que cai para níveis abaixo do estado de repouso durante um mergulho. E tendo subido à superfície, a frequência cardíaca torna-se mais rápida.
Uma frequência cardíaca mais baixa durante o mergulho é necessária para reduzir a taxa de fornecimento de oxigênio aos tecidos e células, retardando assim o processo de esgotamento das reservas de oxigênio no sangue e reduzindo o consumo de oxigênio pelo próprio coração.
A hipótese é que o exercício (ou seja, aumento da atividade física) modula a resposta do mergulho e aumenta a frequência cardíaca durante o mergulho. Esta hipótese é especialmente importante para o estudo das baleias azuis, pois devido ao método especial de alimentação (uma investida repentina para engolir água), a taxa metabólica, em teoria, deveria exceder os valores básicos (estado de repouso) em 50 vezes. Supõe-se que tais investidas aceleram o esgotamento do oxigênio, reduzindo assim a duração do mergulho.
O aumento da frequência cardíaca e o aumento da transferência de oxigênio do sangue para os músculos durante uma estocada podem desempenhar um papel importante devido aos custos metabólicos dessa atividade física. Além disso, vale considerar a baixa concentração mioglobina* (Mb) em baleias azuis (5-10 vezes menor do que em outros mamíferos marinhos: 0.8 g Mb por 100 g-1 de músculo em baleias azuis e 1.8-10 g Mb em outros mamíferos marinhos.
Mioglobina* - proteína de ligação ao oxigênio dos músculos esqueléticos e cardíacos.
Como conclusão, a atividade física, a profundidade do mergulho e o controle volitivo alteram a frequência cardíaca durante o mergulho através do sistema nervoso autônomo.
Um fator adicional na redução da frequência cardíaca pode ser a compressão/expansão dos pulmões durante um mergulho/subida.
Assim, a frequência cardíaca durante um mergulho e na superfície está diretamente relacionada aos padrões hemodinâmicos arteriais.
Baleia-comum
Um estudo prévio das propriedades biomecânicas e dimensões das paredes da aorta em baleias-comuns (Balaenoptera physalus) mostraram que durante o mergulho com frequência cardíaca ≤10 batimentos/min, o arco aórtico implementa um efeito reservatório (Efeito Windkessel), que mantém o fluxo sanguíneo por longos períodos períodos diastólicos* entre os batimentos cardíacos e reduz a pulsação do fluxo sanguíneo na aorta distal rígida.
Diástole* (período diastólico) - o período de relaxamento do coração entre as contrações.
Todas as hipóteses, teorias e conclusões acima descritas devem ter evidências materiais, ou seja, ser confirmadas ou refutadas na prática. Mas para fazer isso, você precisa realizar um eletrocardiograma em uma baleia azul que se move livremente. Métodos simples não funcionarão aqui, então os cientistas criaram seu próprio dispositivo para eletrocardiografia.
Vídeo em que os pesquisadores falam brevemente sobre seu trabalho.
O ECG da baleia foi registrado usando um gravador de ECG feito sob medida, embutido em uma cápsula especial com 4 ventosas. Eletrodos de ECG de superfície foram incorporados em duas das ventosas. Os pesquisadores pegaram um barco até a Baía de Monterey (Oceano Pacífico, perto da Califórnia). Quando os cientistas finalmente encontraram uma baleia azul que havia emergido, eles anexaram um gravador de ECG ao seu corpo (próximo à barbatana esquerda). De acordo com dados previamente recolhidos, esta baleia é um macho com 15 anos de idade. É importante ressaltar que este dispositivo não é invasivo, ou seja, não requer a introdução de nenhum sensor ou eletrodo na pele do animal. Ou seja, para a baleia esse procedimento é totalmente indolor e com mínimo estresse pelo contato com as pessoas, o que também é de extrema importância, visto que são feitas leituras dos batimentos cardíacos, que podem ficar distorcidos pelo estresse. O resultado foi um registro de ECG de 8.5 horas, a partir do qual os cientistas conseguiram construir um perfil de frequência cardíaca (imagem abaixo).
Imagem nº 1: Perfil de frequência cardíaca da baleia azul.
A forma de onda do ECG foi semelhante àquela registrada em pequenas baleias em cativeiro usando o mesmo dispositivo. O comportamento alimentar da baleia foi bastante normal para sua espécie: mergulhou por 16.5 minutos até uma profundidade de 184 m e intervalos de superfície de 1 a 4 minutos.
O perfil da frequência cardíaca, consistente com a resposta cardiovascular ao mergulho, mostrou que predominaram frequências cardíacas entre 4 e 8 batimentos por minuto durante a fase inferior dos mergulhos em busca de alimento, independentemente da duração do mergulho ou da profundidade máxima. A frequência cardíaca de mergulho (calculada durante toda a duração do mergulho) e a frequência cardíaca instantânea mínima de mergulho diminuíram com a duração do mergulho, enquanto a frequência cardíaca máxima de superfície pós-mergulho aumentou com a duração do mergulho. Ou seja, quanto mais tempo a baleia ficou debaixo d'água, mais lento foi o batimento cardíaco durante o mergulho e mais rápido após a subida.
Por sua vez, as equações alométricas para mamíferos afirmam que uma baleia pesando 70000 kg tem um coração pesando 319 kg, e seu volume sistólico (o volume de sangue ejetado por batimento) é de cerca de 80 l, portanto, a frequência cardíaca em repouso deve ser de 15 batimentos/ min.
Durante as fases mais baixas dos mergulhos, a frequência cardíaca instantânea situou-se entre 1/3 e 1/2 da frequência cardíaca de repouso prevista. No entanto, a frequência cardíaca aumentou durante a fase de subida. Em intervalos de superfície, as frequências cardíacas foram aproximadamente o dobro da frequência cardíaca prevista em repouso e variaram predominantemente de 30 a 37 bpm após mergulhos profundos (> 125 m de profundidade) e de 20 a 30 bpm após mergulhos mais rasos.
Esta observação pode indicar que a aceleração da frequência cardíaca é necessária para atingir a desejada troca gasosa respiratória e reperfusão (restauração do fluxo sanguíneo) dos tecidos entre mergulhos profundos.
Mergulhos noturnos rasos e de curta duração foram associados ao descanso e, portanto, mais comuns em estados menos ativos. As frequências cardíacas típicas observadas durante um mergulho noturno de 5 minutos (8 batimentos por minuto) e o intervalo de superfície de 2 minutos que o acompanha (25 batimentos por minuto) podem se combinar para resultar em uma frequência cardíaca de cerca de 13 batimentos por minuto. Este número, como podemos ver, está notavelmente próximo das previsões estimadas dos modelos alométricos.
Os pesquisadores então traçaram o perfil da frequência cardíaca, da profundidade e do volume pulmonar relativo de quatro mergulhos separados para examinar os efeitos potenciais da atividade física e da profundidade na regulação da frequência cardíaca.
Imagem nº 2: Perfis de frequência cardíaca, profundidade e volume pulmonar relativo de 4 mergulhos individuais.
Ao comer alimentos em grandes profundidades, a baleia realiza uma certa manobra de estocada - abre bruscamente a boca para engolir água com plâncton e depois filtra a comida. Observou-se que a frequência cardíaca no momento da deglutição de água é 2.5 vezes maior do que no momento da filtração. Isso fala diretamente da dependência da frequência cardíaca da atividade física.
Quanto aos pulmões, o seu efeito na frequência cardíaca é extremamente improvável, uma vez que não foram observadas alterações significativas no volume pulmonar relativo durante os mergulhos em questão.
Além disso, nas fases mais baixas dos mergulhos rasos, um aumento de curto prazo na frequência cardíaca foi associado precisamente a alterações no volume relativo dos pulmões e poderia ser causado pela ativação do receptor de estiramento pulmonar.
Resumindo as observações descritas acima, os cientistas chegaram à conclusão de que durante a alimentação em grandes profundidades, há um aumento de 2.5 vezes na frequência cardíaca a curto prazo. No entanto, o pico médio da frequência cardíaca durante as investidas de alimentação ainda era apenas metade do valor previsto em repouso. Estes dados são consistentes com a hipótese de que os arcos aórticos flexíveis das grandes baleias exercem um efeito reservatório durante a frequência cardíaca lenta do mergulho. Além disso, a faixa de frequências cardíacas mais elevadas durante o período pós-mergulho apoiou a hipótese de que a impedância aórtica e a carga de trabalho cardíaca são reduzidas durante o intervalo de superfície devido à interferência destrutiva das ondas de pressão de saída e refletidas na aorta.
A forte bradicardia observada pelos pesquisadores pode ser considerada um resultado inesperado do estudo, dado o colossal gasto de energia da baleia na manobra de estocada enquanto engole água com plâncton. No entanto, o custo metabólico desta manobra pode não corresponder à frequência cardíaca ou ao transporte convectivo de oxigênio, em parte devido à curta duração da alimentação e ao possível recrutamento de fibras musculares glicolíticas de contração rápida.
Durante uma estocada, as baleias azuis aceleram a altas velocidades e absorvem um volume de água que pode ser maior que o seu próprio corpo. Os cientistas levantam a hipótese de que a alta resistência e energia necessárias para a manobra esgotam rapidamente as reservas totais de oxigênio do corpo, limitando assim o tempo de mergulho. A força mecânica necessária para absorver grandes volumes de água provavelmente excederá em muito a força metabólica aeróbica. É por isso que durante essas manobras a frequência cardíaca aumentou, mas por muito pouco tempo.
Para uma compreensão mais detalhada das nuances do estudo, recomendo dar uma olhada em .
Epílogo
Uma das descobertas mais importantes é que as baleias azuis necessitam de frequências cardíacas quase máximas para trocas gasosas e reperfusão durante curtos intervalos de superfície, independentemente da natureza do esgotamento de oxigénio no sangue e nos músculos durante os mergulhos. Se considerarmos que as baleias azuis maiores devem investir mais mão-de-obra num período de tempo mais curto para obter alimento (de acordo com hipóteses alométricas), então enfrentam inevitavelmente vários constrangimentos fisiológicos tanto durante o mergulho como durante o intervalo de superfície. Isso significa que evolutivamente o tamanho do seu corpo é limitado, pois se fosse maior, o processo de obtenção dos alimentos seria muito custoso e não seria compensado pelos alimentos recebidos. Os próprios pesquisadores acreditam que o coração da baleia azul está funcionando no limite de suas capacidades.
No futuro, os cientistas planeiam expandir as capacidades do seu dispositivo, incluindo a adição de um acelerómetro para compreender melhor o efeito de diferentes atividades físicas na frequência cardíaca. Eles também planejam usar seu sensor de ECG em outras formas de vida marinha.
Como mostra este estudo, ser a maior criatura com o maior coração não é fácil. Porém, independentemente do tamanho dos habitantes marinhos, independentemente da dieta que sigam, é preciso compreender que a coluna de água, que é utilizada pelo homem para a pesca, extracção e transporte, continua a ser a sua casa. Somos apenas convidados e, portanto, devemos nos comportar de acordo.
Sexta-feira off-top:
Imagens raras de uma baleia azul demonstrando a capacidade de sua boca.
Outro gigante dos mares é o cachalote. Neste vídeo, cientistas usando um ROV Hercules controlado remotamente filmaram um curioso cachalote a uma profundidade de 598 metros.
Obrigado pela leitura, fiquem curiosos e tenham um ótimo final de semana pessoal! 🙂
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Fonte: habr.com