Težko je oporekati trditvi, da ima narava najbolj bujno domišljijo. Vsak od predstavnikov flore in favne ima svoje edinstvene in včasih celo nenavadne lastnosti, ki nam pogosto ne morejo priti v glavo. Vzemimo, na primer, isto rakovico mantis. To plenilsko bitje je sposobno s svojimi močnimi kremplji napasti žrtev ali storilca s hitrostjo 83 km/h, njihov vidni sistem pa je eden najkompleksnejših, kar jih je človek kdaj proučeval. Mantis raki, čeprav divji, niso posebej veliki - do 35 cm v dolžino. Največji prebivalec morij in oceanov, pa tudi planeta nasploh, je modri kit. Dolžina tega sesalca lahko doseže več kot 30 metrov in teža 150 ton. Kljub njihovi impresivni velikosti modre kite težko imenujemo mogočni lovci, ker ... raje imajo plankton.
Anatomija modrih kitov je že od nekdaj zanimiva za znanstvenike, ki želijo bolje razumeti, kako deluje tako ogromen organizem in organi v njem. Kljub temu, da za obstoj modrih kitov vemo že nekaj sto let (natančneje od leta 1694), ti velikani niso razkrili vseh svojih skrivnosti. Danes si bomo ogledali raziskavo, v kateri je skupina znanstvenikov z univerze Stanford razvila napravo, s katero so pridobili prve posnetke srčnega utripa modrega kita. Kako deluje srce vladarja morij, do kakšnih odkritij so prišli znanstveniki in zakaj organizem, večji od modrega kita, ne more obstajati? O tem izvemo iz poročila raziskovalne skupine. pojdi
Raziskovalni junak
Sinji kit je največji sesalec, največji prebivalec morij in oceanov, največja žival, največji kit. Kaj naj rečem, sinji kit je res najboljši po dimenzijah - dolžina je 33 metrov in teža 150 ton. Številke so približne, a nič manj impresivne.
Tudi glava tega velikana si zasluži ločeno vrstico v Guinnessovi knjigi rekordov, saj zavzema približno 27% celotne dolžine telesa. Poleg tega so oči modrih kitov precej majhne, ne večje od grenivke. Če vam je težko videti kitove oči, boste takoj opazili usta. Usta modrega kita sprejmejo do 100 ljudi (srhljiv primer, ampak sinji kit ne jedo ljudi, vsaj ne namenoma). Velika velikost ust je posledica gastronomskih preferenc: kiti jedo plankton, pogoltnejo ogromne količine vode, ki se nato sprosti skozi filtrirni aparat in filtrira hrano. V razmeroma ugodnih okoliščinah sinji kit porabi približno 6 ton planktona na dan.
Druga pomembna značilnost modrih kitov so njihova pljuča. Lahko zadržijo dih 1 uro in se potopijo do globine do 100 m. Toda, tako kot drugi morski sesalci, modri kitovi občasno izstopijo na površino vode, da dihajo. Ko se kiti dvignejo na gladino vode, uporabijo pihalnik, dihalno odprtino, ki je narejena iz dveh velikih odprtin (nosnic) na zadnji strani glave. Izdih kita skozi pihalnico pogosto spremlja navpičen vodni vodnjak do višine 10 m. Glede na značilnosti kitovega življenjskega prostora njihova pljuča delujejo veliko bolj učinkovito kot naša - kitova pljuča absorbirajo 80-90 % vode. kisika, našega pa le okoli 15 %. Prostornina pljuč je približno 3 tisoč litrov, pri ljudeh pa se ta številka giblje okoli 3-6 litrov.
Model srca modrega kita v muzeju v New Bedfordu (ZDA).
Tudi krvožilni sistem sinjega kita je poln rekordnih parametrov. Na primer, njihova plovila so preprosto ogromna, sam premer aorte je približno 40 cm, srce modrih kitov velja za največje srce na svetu in tehta približno tono. S tako velikim srcem ima kit veliko krvi - več kot 8000 litrov pri odraslem človeku.
In zdaj gladko pridemo do bistva samega študija. Srce modrega kita je veliko, kot smo že razumeli, vendar bije precej počasi. Prej je veljalo, da je utrip približno 5-10 utripov na minuto, v redkih primerih do 20. Vendar do zdaj nihče ni opravil natančnih meritev.
Znanstveniki z Univerze Stanford pravijo, da je obseg v biologiji zelo pomemben, še posebej ko gre za določanje funkcionalnih lastnosti organov živih bitij. Preučevanje različnih bitij, od miši do kitov, nam omogoča določitev meja velikosti, ki jih živi organizem ne more preseči. In srce in srčno-žilni sistem na splošno sta pomembna atributa takšnih študij.
Pri morskih sesalcih, katerih fiziologija je popolnoma prilagojena njihovemu življenjskemu slogu, imajo pomembno vlogo prilagoditve, povezane s potapljanjem in zadrževanjem diha. Ugotovljeno je bilo, da ima mnoga od teh bitij srčni utrip, ki med potopom pade na raven pod stanjem mirovanja. In ko se dvigne na površje, postane srčni utrip hitrejši.
Nižji srčni utrip med potapljanjem je nujen za zmanjšanje hitrosti dovajanja kisika v tkiva in celice, s čimer se upočasni proces praznjenja zalog kisika v krvi in zmanjša poraba kisika s strani samega srca.
Domneva se, da vadba (tj. povečana telesna aktivnost) modulira odziv pri potopu in poveča srčni utrip med potopom. Ta hipoteza je še posebej pomembna za preučevanje modrih kitov, saj naj bi zaradi posebnega načina prehranjevanja (nenaden izpad za požiranje vode) stopnja metabolizma teoretično presegla osnovne vrednosti (stanje mirovanja) za 50-krat. Predvideva se, da takšni izpadi pospešijo izčrpavanje kisika in s tem skrajšajo trajanje potopa.
Povišan srčni utrip in povečan prenos kisika iz krvi v mišice med izpadnim korakom lahko igrata pomembno vlogo zaradi presnovnih stroškov takšne telesne dejavnosti. Poleg tega je vredno upoštevati nizko koncentracijo mioglobin* (Mb) pri modrih kitih (5-10-krat nižja kot pri drugih morskih sesalcih: 0.8 g Mb na 100 g-1 mišice pri modrih kitih in 1.8-10 g Mb pri drugih morskih sesalcih.
mioglobin* - beljakovine, ki vežejo kisik skeletnih mišic in srčnih mišic.
Kot zaključek, telesna aktivnost, globina potopa in voljni nadzor spreminjajo srčni utrip med potapljanjem skozi avtonomni živčni sistem.
Dodaten dejavnik pri zmanjšanju srčnega utripa je lahko kompresija/razširitev pljuč med potopom/dvigom.
Tako je srčni utrip med potopom in na površini neposredno povezan z arterijskimi hemodinamičnimi vzorci.
Fin kit
Prejšnja študija biomehanskih lastnosti in dimenzij sten aorte pri kitih plavutastih (Balaenoptera physalus) je pokazalo, da med potapljanjem pri srčnem utripu ≤10 utripov/min aortni lok izvaja učinek rezervoarja (Windkessel učinek), ki ohranja pretok krvi za daljša obdobja diastolična obdobja* med srčnimi utripi in zmanjša pulziranje krvnega pretoka v togo distalno aorto.
diastola* (diastolično obdobje) - obdobje sprostitve srca med kontrakcijami.
Vse zgoraj opisane hipoteze, teorije in zaključki morajo imeti materialne dokaze, torej potrjene ali ovržene v praksi. Toda za to morate opraviti elektrokardiogram na prosto premikajočem se modrem kitu. Preproste metode tukaj ne bodo delovale, zato so znanstveniki ustvarili lastno napravo za elektrokardiografijo.
Video, v katerem raziskovalci na kratko spregovorijo o svojem delu.
Kitov EKG so posneli s po meri izdelanim EKG snemalnikom, vgrajenim v posebno kapsulo s 4 priseski. Površinske EKG elektrode so bile vgrajene v dve priseski. Raziskovalci so se z ladjo odpeljali v Monterey Bay (Tihi ocean, blizu Kalifornije). Ko so znanstveniki končno srečali sinjega kita, ki je prišel na površje, so na njegovo telo (poleg leve plavuti) pritrdili snemalnik EKG. Po predhodno zbranih podatkih je ta kit samec, star 15 let. Pomembno je omeniti, da je ta naprava neinvazivna, to pomeni, da ne zahteva vnosa senzorjev ali elektrod v kožo živali. To pomeni, da je ta postopek za kita popolnoma neboleč in z minimalnim stresom zaradi stika z ljudmi, kar je izjemno pomembno tudi glede na to, da se merijo srčni utripi, ki bi lahko bili zaradi stresa popačeni. Rezultat je bil 8.5-urni EKG posnetek, iz katerega so znanstveniki lahko zgradili profil srčnega utripa (slika spodaj).
Slika #1: Profil srčnega utripa modrega kita.
Valovna oblika EKG je bila podobna tisti, ki so jo zabeležili pri majhnih kitih v ujetništvu z isto napravo. Obnašanje kitov pri iskanju hrane je bilo povsem običajno za njegovo vrsto: potapljanje za 16.5 minut do globine 184 m in površinski intervali od 1 do 4 minute.
Profil srčnega utripa, skladen s srčno-žilnim odzivom na potop, je pokazal, da med nižjo fazo potopov pri iskanju hrane prevladujejo srčni utripi med 4 in 8 utripi na minuto, ne glede na trajanje potopa ali največjo globino. Srčni utrip pri potopu (izračunan za celotno trajanje potopa) in minimalni trenutni srčni utrip pri potopu se zmanjšujeta s trajanjem potopa, medtem ko se največji površinski srčni utrip po potopu povečuje s trajanjem potopa. Se pravi, dlje kot je bil kit pod vodo, počasneje je srce utripalo med potopom in hitreje po vzponu.
Alometrične enačbe za sesalce pravijo, da ima kit, ki tehta 70000 kg, srce, ki tehta 319 kg, njegov utripni volumen (količina iztisnjene krvi na utrip) pa je približno 80 l, zato naj bi bil srčni utrip v mirovanju 15 utripov/ min.
Med nižjimi fazami potopov je bil trenutni srčni utrip med 1/3 in 1/2 predvidenega srčnega utripa v mirovanju. Vendar se je srčni utrip povečal med stopnjo vzpona. V površinskih intervalih so bili srčni utripi približno dvakrat višji od predvidenega srčnega utripa v mirovanju in so se gibali pretežno od 30 do 37 utripov na minuto po globokih potopih (> 125 m globine) in od 20 do 30 utripov na minuto po plitvejših potopih.
Ta ugotovitev lahko nakazuje, da je pospešitev srčnega utripa potrebna za doseganje želene izmenjave dihalnih plinov in reperfuzije (obnovitev krvnega pretoka) tkiv med globokimi potopi.
Plitki, kratkotrajni nočni potopi so bili povezani s počitkom in so bili zato pogostejši v manj aktivnih stanjih. Običajni srčni utripi, opaženi med 5-minutnim nočnim potopom (8 utripov na minuto) in spremljajočim 2-minutnim površinskim intervalom (25 utripov na minuto), lahko skupaj povzročijo srčni utrip približno 13 utripov na minuto. Ta številka je, kot lahko vidimo, izjemno blizu ocenjenim napovedim alometričnih modelov.
Znanstveniki so nato profilirali srčni utrip, globino in relativno prostornino pljuč iz 4 ločenih potopov, da bi preučili morebitne učinke telesne dejavnosti in globine na uravnavanje srčnega utripa.
Slika #2: Profili srčnega utripa, globine in relativnega volumna pljuč 4 ločenih potopov.
Ko jedo hrano na velikih globinah, kit izvede določen manever skokov - močno odpre usta, da pogoltne vodo s planktonom, nato pa hrano filtrira. Ugotovljeno je bilo, da je srčni utrip v trenutku požiranja vode 2.5-krat večji kot v trenutku filtracije. To neposredno govori o odvisnosti srčnega utripa od telesne aktivnosti.
Kar zadeva pljuča, je njihov vpliv na srčni utrip zelo malo verjeten, saj med obravnavanimi potopi niso opazili bistvenih sprememb v relativnem volumnu pljuč.
Poleg tega je bilo v nižjih fazah plitvih potopov kratkotrajno povečanje srčnega utripa povezano ravno s spremembami relativnega volumna pljuč in bi ga lahko povzročila aktivacija receptorja za raztezanje pljuč.
Če povzamemo zgoraj opisana opažanja, so znanstveniki prišli do zaključka, da med hranjenjem na velikih globinah pride do kratkotrajnega povečanja srčnega utripa za 2.5-krat. Vendar je bil povprečni najvišji srčni utrip med izpadnimi koraki pri hranjenju še vedno le polovica predvidene vrednosti v mirovanju. Ti podatki so skladni s hipotezo, da prožni aortni loki velikih kitov izvajajo učinek rezervoarja med počasnim srčnim utripom pri potapljanju. Poleg tega je razpon višjih srčnih utripov v obdobju po potopu podprl hipotezo, da se aortna impedanca in srčna delovna obremenitev med površinskim intervalom zmanjšata zaradi destruktivne interference odhajajočih in odbitih tlačnih valov v aorti.
Hudo bradikardijo, ki so jo opazili raziskovalci, lahko imenujemo nepričakovan rezultat študije, glede na ogromno porabo energije kita pri izpadnem manevru med požiranjem vode s planktonom. Vendar se presnovni strošek tega manevra morda ne bo ujemal s srčnim utripom ali konvektivnim transportom kisika, deloma zaradi kratkega trajanja hranjenja in možnega pridobivanja glikolitičnih, hitrih mišičnih vlaken.
Med skokom modri kitovi pospešijo do visokih hitrosti in absorbirajo količino vode, ki je lahko večja od njihovega telesa. Znanstveniki domnevajo, da visoka odpornost in energija, potrebna za manevriranje, hitro izpraznita celotne zaloge kisika v telesu in s tem omejita čas potopa. Mehanska sila, potrebna za absorpcijo velikih količin vode, bo verjetno daleč presegla aerobno presnovno silo. Zato se je med takšnimi manevri srčni utrip povečal, vendar za zelo kratek čas.
Za podrobnejšo seznanitev z odtenki študije priporočam ogled .
Epilog
Ena najpomembnejših ugotovitev je, da modri kiti potrebujejo skoraj najvišji srčni utrip za izmenjavo plinov in reperfuzijo med kratkimi površinskimi intervali, ne glede na naravo pomanjkanja kisika v krvi in mišicah med potopi. Če upoštevamo, da morajo večji sinji kiti vložiti več dela v krajšem časovnem obdobju za pridobivanje hrane (v skladu z alometričnimi hipotezami), potem se neizogibno soočajo s številnimi fiziološkimi omejitvami tako med potopom kot med površinskim intervalom. To pomeni, da je evolucijsko gledano velikost njihovega telesa omejena, saj če bi bilo večje, bi bil proces pridobivanja hrane zelo drag in ne bi bil kompenziran s prejeto hrano. Raziskovalci sami menijo, da srce modrega kita deluje na meji svojih zmožnosti.
Znanstveniki nameravajo v prihodnosti razširiti zmogljivosti svoje naprave, vključno z dodajanjem merilnika pospeška za boljše razumevanje vpliva različnih telesnih aktivnosti na srčni utrip. Svoj senzor EKG nameravajo uporabiti tudi na drugem morskem življenju.
Kot kaže ta študija, biti največje bitje z največjim srcem ni enostavno. Vendar ne glede na velikost morskih prebivalcev, ne glede na to, kakšne prehrane se držijo, moramo razumeti, da vodni stolpec, ki ga ljudje uporabljajo za ribolov, pridobivanje in transport, ostaja njihov dom. Smo le gostje, zato se moramo temu primerno tudi obnašati.
petek off-top:
Redki posnetki modrega kita, ki prikazuje zmogljivost svojih ust.
Še en velikan morja je kit sperme. V tem videoposnetku so znanstveniki z uporabo daljinsko vodene ROV Hercules posneli radovednega kita semenca na globini 598 metrov.
Hvala za branje, ostanite radovedni in lep vikend fantje! 🙂
Hvala, ker ste ostali z nami. So vam všeč naši članki? Želite videti več zanimivih vsebin? Podprite nas tako, da oddate naročilo ali priporočite prijateljem, , 30% popust za uporabnike Habr na edinstvenem analogu začetnih strežnikov, ki smo ga izumili za vas: (na voljo z RAID1 in RAID10, do 24 jeder in do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2-krat cenejši? Samo tukaj na Nizozemskem! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 $! Preberite o
Vir: www.habr.com