Mahirap makipagtalo sa pahayag na ang kalikasan ang may pinakamatingkad na imahinasyon. Ang bawat isa sa mga kinatawan ng flora at fauna ay may sariling kakaiba, at kung minsan kahit na kakaiba, mga tampok na madalas ay hindi magkasya sa ating mga ulo. Kunin, halimbawa, ang parehong mantis crab. Ang mandaragit na nilalang na ito ay may kakayahang umatake sa isang biktima o nagkasala gamit ang makapangyarihang mga kuko nito sa bilis na 83 km/h, at ang kanilang visual system ay isa sa pinaka-komplikadong pinag-aralan ng mga tao. Mantis crayfish, bagaman mabangis, ay hindi partikular na malaki - hanggang sa 35 cm ang haba. Ang pinakamalaking naninirahan sa mga dagat at karagatan, pati na rin ang planeta sa pangkalahatan, ay ang asul na balyena. Ang haba ng mammal na ito ay maaaring umabot ng higit sa 30 metro at may timbang na 150 tonelada. Sa kabila ng kanilang kahanga-hangang laki, ang mga asul na balyena ay halos hindi matatawag na mabigat na mangangaso, dahil... mas gusto nila ang plankton.
Ang anatomya ng mga asul na balyena ay palaging interesado sa mga siyentipiko na nais na mas maunawaan kung paano gumagana ang gayong malaking organismo at ang mga organo sa loob nito. Sa kabila ng katotohanan na alam natin ang tungkol sa pagkakaroon ng mga asul na balyena sa loob ng ilang daang taon (mula noong 1694, upang maging mas tumpak), ang mga higanteng ito ay hindi nagsiwalat ng lahat ng kanilang mga lihim. Ngayon ay titingnan natin ang isang pag-aaral kung saan ang isang pangkat ng mga siyentipiko mula sa Stanford University ay bumuo ng isang aparato na ginamit upang makuha ang mga unang pag-record ng tibok ng puso ng isang asul na balyena. Paano gumagana ang puso ng pinuno ng mga dagat, anong mga natuklasan ang ginawa ng mga siyentipiko, at bakit hindi maaaring umiral ang isang organismo na mas malaki kaysa sa isang asul na balyena? Nalaman namin ang tungkol dito mula sa ulat ng pangkat ng pananaliksik. Pumunta ka.
Bayani ng Pananaliksik
Ang blue whale ay ang pinakamalaking mammal, ang pinakamalaking naninirahan sa mga dagat at karagatan, ang pinakamalaking hayop, ang pinakamalaking whale. Ano ang masasabi ko, ang asul na balyena ay talagang ang pinakamahusay sa mga tuntunin ng mga sukat - ang haba ay 33 metro at ang timbang ay 150 tonelada. Ang mga numero ay tinatayang, ngunit hindi gaanong kahanga-hanga.
Kahit na ang ulo ng higanteng ito ay nararapat sa isang hiwalay na linya sa Guinness Book of Records, dahil sinasakop nito ang halos 27% ng kabuuang haba ng katawan. Bukod dito, ang mga mata ng mga asul na balyena ay medyo maliit, hindi mas malaki kaysa sa isang suha. Kung mahirap para sa iyo na makita ang mga mata ng isang balyena, mapapansin mo kaagad ang bibig. Ang bibig ng asul na balyena ay kayang tumanggap ng hanggang 100 tao (isang nakakatakot na halimbawa, ngunit ang mga asul na balyena ay hindi kumakain ng mga tao, hindi bababa sa hindi sinasadya). Ang malaking sukat ng bibig ay dahil sa mga gastronomic na kagustuhan: ang mga balyena ay kumakain ng plankton, lumulunok ng malalaking volume ng tubig, na pagkatapos ay inilabas sa pamamagitan ng isang filter apparatus, sinasala ang pagkain. Sa ilalim ng medyo kanais-nais na mga kalagayan, ang asul na balyena ay kumonsumo ng humigit-kumulang 6 na toneladang plankton bawat araw.
Ang isa pang mahalagang katangian ng mga asul na balyena ay ang kanilang mga baga. Nagagawa nilang pigilin ang kanilang hininga sa loob ng 1 oras at sumisid sa lalim na hanggang 100 m. Ngunit, tulad ng ibang mga marine mammal, pana-panahong lumalabas ang mga asul na balyena sa ibabaw ng tubig upang huminga. Kapag tumaas ang mga balyena sa ibabaw ng tubig, gumagamit sila ng blowhole, isang butas sa paghinga na gawa sa dalawang malalaking butas (mga butas ng ilong) sa likod ng kanilang mga ulo. Ang pagbuga ng isang balyena sa pamamagitan ng blowhole nito ay kadalasang sinasamahan ng isang patayong bukal ng tubig na hanggang 10 m ang taas. Kung isasaalang-alang ang mga katangian ng tirahan ng mga balyena, ang kanilang mga baga ay gumagana nang mas mahusay kaysa sa atin - ang mga baga ng isang balyena ay sumisipsip ng 80-90% ng oxygen, at sa amin ay halos 15%. Ang dami ng baga ay halos 3 libong litro, ngunit sa mga tao ang figure na ito ay nag-iiba sa paligid ng 3-6 litro.
Modelo ng puso ng asul na balyena sa isang museo sa New Bedford (USA).
Ang sistema ng sirkulasyon ng asul na balyena ay puno rin ng mga parameter ng record. Halimbawa, ang kanilang mga sisidlan ay napakalaki lamang, ang diameter lamang ng aorta ay halos 40 cm. Ang puso ng mga asul na balyena ay itinuturing na pinakamalaking puso sa mundo at tumitimbang ng halos isang tonelada. Sa napakalaking puso, ang balyena ay may maraming dugo - higit sa 8000 litro sa isang may sapat na gulang.
At ngayon ay maayos nating narating ang kakanyahan ng pag-aaral mismo. Ang puso ng asul na balyena ay malaki, gaya ng naintindihan na natin, ngunit ito ay pumipitik nang medyo mabagal. Noong nakaraan, pinaniniwalaan na ang pulso ay humigit-kumulang 5-10 beats bawat minuto, sa mga bihirang kaso hanggang sa 20. Ngunit walang nakagawa ng tumpak na mga sukat hanggang ngayon.
Sinasabi ng mga siyentipiko mula sa Stanford University na ang sukat ay may malaking kahalagahan sa biology, lalo na pagdating sa pagtukoy sa functional features ng mga organo ng mga nabubuhay na bagay. Ang pag-aaral ng iba't ibang mga nilalang, mula sa mga daga hanggang sa mga balyena, ay nagbibigay-daan sa amin upang matukoy ang mga limitasyon sa laki na hindi maaaring lampasan ng isang buhay na organismo. At ang puso at cardiovascular system sa pangkalahatan ay mahalagang katangian ng naturang pag-aaral.
Sa marine mammals, na ang pisyolohiya ay ganap na inangkop sa kanilang pamumuhay, ang mga adaptasyon na nauugnay sa diving at pagpigil sa kanilang hininga ay may mahalagang papel. Napag-alaman na marami sa mga nilalang na ito ay may mga rate ng puso na bumababa sa mga antas na mas mababa sa kanilang resting state sa panahon ng pagsisid. At sa pagbangon sa ibabaw, ang tibok ng puso ay nagiging mas mabilis.
Ang isang mas mababang rate ng puso sa panahon ng pagsisid ay kinakailangan upang mabawasan ang rate ng paghahatid ng oxygen sa mga tisyu at mga selula, sa gayon ay nagpapabagal sa proseso ng pag-ubos ng mga reserbang oxygen sa dugo at pagbabawas ng pagkonsumo ng oxygen ng puso mismo.
Ipinapalagay na ang ehersisyo (i.e. nadagdagang pisikal na aktibidad) ay nagpapabago sa pagtugon sa pagsisid at nagpapataas ng tibok ng puso sa panahon ng pagsisid. Ang hypothesis na ito ay lalong mahalaga para sa pag-aaral ng mga asul na balyena, dahil dahil sa espesyal na paraan ng pagpapakain (isang biglaang paglunok ng tubig), ang metabolic rate, sa teorya, ay dapat lumampas sa mga pangunahing halaga (resting state) sa pamamagitan ng 50 beses. Ipinapalagay na ang mga naturang lunges ay nagpapabilis sa pag-ubos ng oxygen, samakatuwid ay binabawasan ang tagal ng pagsisid.
Ang pagtaas ng rate ng puso at pagtaas ng paglipat ng oxygen mula sa dugo patungo sa mga kalamnan sa panahon ng isang lunge ay maaaring may mahalagang papel dahil sa mga metabolic na gastos ng naturang pisikal na aktibidad. Bilang karagdagan, ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang sa mababang konsentrasyon myoglobin* (Mb) sa mga asul na balyena (5-10 beses na mas mababa kaysa sa iba pang marine mammals: 0.8 g Mb bawat 100 g-1 na kalamnan sa mga blue whale at 1.8-10 g Mb sa iba pang marine mammal.
Myoglobin* - oxygen-binding protein ng skeletal muscles at cardiac muscles.
Bilang konklusyon, ang pisikal na aktibidad, diving depth at volitional control ay nagbabago ng tibok ng puso sa panahon ng pagsisid sa pamamagitan ng autonomic nervous system.
Ang isang karagdagang kadahilanan sa pagpapababa ng tibok ng puso ay maaaring ang compression/pagpapalawak ng mga baga sa panahon ng pagsisid/pag-akyat.
Kaya, ang rate ng puso sa panahon ng pagsisid at habang nasa ibabaw ay direktang nauugnay sa arterial hemodynamic patterns.
Balyena ng palikpik
Isang nakaraang pag-aaral ng mga biomechanical na katangian at sukat ng aortic wall sa mga fin whale (Balaenoptera physalus) ay nagpakita na sa panahon ng pagsisid sa rate ng puso na β€10 beats/min, ang aortic arch ay nagpapatupad ng reservoir effect (Epekto ng Windkessel), na nagpapanatili ng daloy ng dugo sa mahabang panahon diastolic period* sa pagitan ng mga tibok ng puso at binabawasan ang pulso ng daloy ng dugo sa matigas na distal na aorta.
Diastole* (diastolic period) - ang panahon ng pagpapahinga ng puso sa pagitan ng mga contraction.
Ang lahat ng inilarawan sa itaas na hypotheses, teorya at konklusyon ay dapat may materyal na ebidensya, ibig sabihin, kumpirmahin o pabulaanan sa pagsasanay. Ngunit upang gawin ito, kailangan mong magsagawa ng electrocardiogram sa isang malayang gumagalaw na asul na balyena. Ang mga simpleng pamamaraan ay hindi gagana dito, kaya ang mga siyentipiko ay lumikha ng kanilang sariling aparato para sa electrocardiography.
Isang video kung saan maikling pinag-uusapan ng mga mananaliksik ang kanilang trabaho.
Ang ECG ng balyena ay naitala gamit ang isang custom-made ECG recorder na binuo sa isang espesyal na kapsula na may 4 na suction cup. Ang mga electrodes ng Surface ECG ay binuo sa dalawa sa mga suction cup. Sumakay ang mga mananaliksik ng bangka patungo sa Monterey Bay (Pacific Ocean, malapit sa California). Nang sa wakas ay nakilala ng mga siyentipiko ang isang asul na balyena na lumitaw, kinabit nila ang isang ECG recorder sa katawan nito (sa tabi ng kaliwang palikpik nito). Ayon sa naunang nakalap na datos, ang balyena na ito ay isang lalaki sa edad na 15 taon. Mahalagang tandaan na ang aparatong ito ay hindi nagsasalakay, iyon ay, hindi ito nangangailangan ng pagpapakilala ng anumang mga sensor o electrodes sa balat ng hayop. Iyon ay, para sa mga balyena ang pamamaraang ito ay ganap na walang sakit at may kaunting stress mula sa pakikipag-ugnay sa mga tao, na kung saan ay lubhang mahalaga, dahil ang mga pagbabasa ng tibok ng puso ay kinuha, na maaaring masira dahil sa stress. Ang resulta ay isang 8.5-oras na pag-record ng ECG kung saan nakagawa ang mga siyentipiko ng profile ng rate ng puso (larawan sa ibaba).
Larawan #1: Profile ng rate ng puso ng asul na balyena.
Ang ECG waveform ay katulad ng naitala sa mga bihag na maliliit na balyena gamit ang parehong device. Ang pag-uugali ng balyena sa paghahanap ay medyo normal para sa mga species nito: pagsisid sa loob ng 16.5 minuto hanggang sa lalim na 184 m at ang pagitan ng ibabaw ay 1 hanggang 4 na minuto.
Ang profile ng rate ng puso, na naaayon sa tugon ng cardiovascular sa pagsisid, ay nagpakita na ang mga rate ng puso sa pagitan ng 4 at 8 na mga beats bawat minuto ay nangingibabaw sa mas mababang yugto ng paghahanap ng mga dive, anuman ang tagal ng dive o maximum na lalim. Ang dive heart rate (kinakalkula sa buong tagal ng dive) at ang pinakamababang instant dive na rate ng puso ay bumaba sa tagal ng pagsisid, samantalang ang postdive maximum surface heart rate ay tumaas sa tagal ng dive. Iyon ay, mas matagal ang balyena sa ilalim ng tubig, mas mabagal ang tibok ng puso sa panahon ng pagsisid at mas mabilis pagkatapos ng pag-akyat.
Sa turn, ang mga allometric equation para sa mga mammal ay nagsasaad na ang isang balyena na tumitimbang ng 70000 kg ay may puso na tumitimbang ng 319 kg, at ang dami ng stroke nito (ang dami ng dugo na inilalabas bawat beat) ay humigit-kumulang 80 l, samakatuwid, ang resting heart rate ay dapat na 15 beats/ min.
Sa mga mas mababang yugto ng pagsisid, ang agarang tibok ng puso ay nasa pagitan ng 1/3 at 1/2 ng hinulaang tibok ng puso sa pagpapahinga. Gayunpaman, ang rate ng puso ay tumaas sa yugto ng pag-akyat. Sa pagitan ng ibabaw, ang mga rate ng puso ay humigit-kumulang dalawang beses sa hinulaang resting heart rate at nakararami sa saklaw mula 30 hanggang 37 bpm pagkatapos ng malalim na pagsisid (>125 m ang lalim) at mula 20 hanggang 30 bpm pagkatapos ng mas mababaw na pagsisid.
Ang pagmamasid na ito ay maaaring magpahiwatig na ang pagbilis ng tibok ng puso ay kinakailangan upang makamit ang ninanais na palitan ng gas sa paghinga at reperfusion (pagpapanumbalik ng daloy ng dugo) ng mga tisyu sa pagitan ng malalim na pagsisid.
Ang mababaw, panandaliang pagsisid sa gabi ay nauugnay sa pahinga at samakatuwid ay mas karaniwan sa mga hindi gaanong aktibong estado. Ang karaniwang mga rate ng puso na naobserbahan sa panahon ng 5 minutong night dive (8 beats bawat minuto) at ang kasamang 2 minutong pagitan ng ibabaw (25 beats bawat minuto) ay maaaring pagsamahin upang magresulta sa tibok ng puso na humigit-kumulang 13 beats bawat minuto. Ang figure na ito, tulad ng nakikita natin, ay kapansin-pansing malapit sa tinantyang mga hula ng mga allometric na modelo.
Ang mga siyentipiko pagkatapos ay nag-profile ng tibok ng puso, lalim, at kamag-anak na dami ng baga mula sa 4 na magkahiwalay na pagsisid upang suriin ang mga potensyal na epekto ng pisikal na aktibidad at lalim sa regulasyon ng tibok ng puso.
Larawan #2: Mga profile ng rate ng puso, lalim at kamag-anak na dami ng baga ng 4 na magkahiwalay na pagsisid.
Kapag kumakain ng pagkain sa napakalalim, ang balyena ay nagsasagawa ng isang tiyak na lunge maneuver - matalim nitong ibinubuka ang bibig upang lumunok ng tubig na may plankton, at pagkatapos ay sinasala ang pagkain. Napagmasdan na ang rate ng puso sa sandali ng paglunok ng tubig ay 2.5 beses na mas mataas kaysa sa sandali ng pagsasala. Direktang ito ay nagsasalita sa pag-asa ng rate ng puso sa pisikal na aktibidad.
Tulad ng para sa mga baga, ang kanilang epekto sa rate ng puso ay lubhang hindi malamang, dahil walang makabuluhang pagbabago sa kamag-anak na dami ng baga ang naobserbahan sa panahon ng mga dives na pinag-uusapan.
Bukod dito, sa mas mababang mga yugto ng mababaw na pagsisid, ang isang panandaliang pagtaas sa rate ng puso ay tiyak na nauugnay sa mga pagbabago sa kamag-anak na dami ng mga baga at maaaring sanhi ng pag-activate ng lung stretch receptor.
Summarizing ang mga obserbasyon na inilarawan sa itaas, ang mga siyentipiko ay dumating sa konklusyon na sa panahon ng pagpapakain sa mahusay na kalaliman mayroong isang panandaliang pagtaas sa rate ng puso sa pamamagitan ng 2.5 beses. Gayunpaman, ang average na pinakamataas na rate ng puso sa panahon ng pagpapakain ng lunges ay kalahati pa rin ng hinulaang halaga ng pahinga. Ang mga datos na ito ay pare-pareho sa hypothesis na ang nababaluktot na aortic arches ng malalaking balyena ay nagdudulot ng reservoir effect sa panahon ng mabagal na tibok ng puso ng pagsisid. Bilang karagdagan, ang hanay ng mas mataas na rate ng puso sa panahon ng post-dive ay sumuporta sa hypothesis na ang aortic impedance at cardiac workload ay nababawasan sa pagitan ng ibabaw dahil sa mapanirang interference ng papalabas at nasasalamin na mga pressure wave sa aorta.
Ang matinding bradycardia na naobserbahan ng mga mananaliksik ay matatawag na hindi inaasahang resulta ng pag-aaral, dahil sa napakalaking paggasta ng enerhiya ng balyena sa lunge maneuver habang lumulunok ng tubig na may plankton. Gayunpaman, ang metabolic cost ng maniobra na ito ay maaaring hindi tumugma sa rate ng puso o convective oxygen transport, sa bahagi dahil sa maikling tagal ng pagpapakain at ang posibleng pag-recruit ng glycolytic, mabilis na pagkibot ng mga fiber ng kalamnan.
Sa panahon ng isang lunge, ang mga asul na balyena ay bumibilis sa mataas na bilis at sumisipsip ng dami ng tubig na maaaring mas malaki kaysa sa kanilang sariling katawan. Ipinapalagay ng mga siyentipiko na ang mataas na resistensya at enerhiya na kinakailangan para sa pagmamaniobra ay mabilis na nauubos ang kabuuang reserbang oxygen ng katawan, sa gayon ay nililimitahan ang oras ng pagsisid. Ang mekanikal na puwersa na kinakailangan upang sumipsip ng malalaking volume ng tubig ay malamang na higit na lumampas sa aerobic metabolic force. Iyon ang dahilan kung bakit, sa panahon ng gayong mga maniobra, ang rate ng puso ay tumaas, ngunit sa napakaikling panahon.
Para sa isang mas detalyadong kakilala sa mga nuances ng pag-aaral, inirerekumenda ko ang pagtingin sa .
Epilogo
Ang isa sa pinakamahalagang natuklasan ay ang mga asul na balyena ay nangangailangan ng malapit sa pinakamataas na rate ng puso para sa palitan ng gas at reperfusion sa mga maikling pagitan ng ibabaw, anuman ang likas na pagkaubos ng oxygen ng dugo at kalamnan sa panahon ng pagsisid. Kung isasaalang-alang namin na ang mas malalaking asul na balyena ay dapat mamuhunan ng mas maraming paggawa sa loob ng mas maikling panahon upang makakuha ng pagkain (alinsunod sa allometric hypotheses), pagkatapos ay hindi maiiwasang nahaharap sila sa ilang mga hadlang sa pisyolohikal kapwa sa panahon ng pagsisid at sa pagitan ng ibabaw. Nangangahulugan ito na sa ebolusyonaryong sukat ng kanilang katawan ay limitado, dahil kung ito ay mas malaki, ang proseso ng pagkuha ng pagkain ay magiging napakamahal at hindi mababayaran ng pagkaing natanggap. Ang mga mananaliksik mismo ay naniniwala na ang puso ng asul na balyena ay gumagana sa limitasyon ng mga kakayahan nito.
Sa hinaharap, pinaplano ng mga siyentipiko na palawakin ang mga kakayahan ng kanilang device, kabilang ang pagdaragdag ng accelerometer upang mas maunawaan ang epekto ng iba't ibang pisikal na aktibidad sa tibok ng puso. Plano din nilang gamitin ang kanilang ECG sensor sa iba pang marine life.
Gaya ng ipinapakita ng pag-aaral na ito, ang pagiging pinakamalaking nilalang na may pinakamalaking puso ay hindi madali. Gayunpaman, gaano man kalaki ang mga naninirahan sa dagat, kahit anong diyeta ang kanilang sinusunod, kailangan nating maunawaan na ang haligi ng tubig, na ginagamit ng mga tao para sa pangingisda, pagkuha at transportasyon, ay nananatiling kanilang tahanan. Kami ay mga panauhin lamang, at samakatuwid dapat tayong kumilos nang naaayon.
Biyernes off-top:
Pambihirang footage ng isang blue whale na nagpapakita ng kapasidad ng bibig nito.
Ang isa pang higante ng mga dagat ay ang sperm whale. Sa video na ito, kinunan ng mga scientist na gumagamit ng remotely controlled ROV Hercules ang isang curious sperm whale sa lalim na 598 metro.
Salamat sa panonood, manatiling mausisa at magkaroon ng magandang katapusan ng linggo sa lahat! π
Salamat sa pananatili sa amin. Gusto mo ba ang aming mga artikulo? Gustong makakita ng mas kawili-wiling nilalaman? Suportahan kami sa pamamagitan ng pag-order o pagrekomenda sa mga kaibigan, , 30% na diskwento para sa mga gumagamit ng Habr sa isang natatanging analogue ng mga entry-level na server, na inimbento namin para sa iyo: (magagamit sa RAID1 at RAID10, hanggang 24 na core at hanggang 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 beses na mas mura? Dito lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mula $99! Basahin ang tungkol sa
Pinagmulan: www.habr.com