Doğanın en canlı hayal gücüne sahip olduğu ifadesiyle tartışmak zordur. Flora ve fauna temsilcilerinin her birinin, çoğu zaman kafamıza sığmayan, kendine özgü ve hatta bazen tuhaf özellikleri vardır. Örneğin aynı peygamber devesi yengeçini ele alalım. Bu yırtıcı yaratık, güçlü pençeleriyle saatte 83 km hızla bir kurbana veya suçluya saldırabilir ve görsel sistemi, şimdiye kadar insanlar tarafından incelenen en karmaşık sistemlerden biridir. Mantis kereviti şiddetli olmasına rağmen çok büyük değildir - 35 cm uzunluğa kadar. Denizlerin ve okyanusların ve genel olarak gezegenin en büyük sakini mavi balinadır. Bu memelinin uzunluğu 30 metreyi aşabilir ve ağırlığı 150 tona ulaşabilir. Etkileyici boyutlarına rağmen mavi balinalara zorlu avcılar denemez çünkü... planktonu tercih ediyorlar.
Mavi balinaların anatomisi, bu kadar büyük bir organizmanın ve içindeki organların nasıl çalıştığını daha iyi anlamak isteyen bilim adamlarının her zaman ilgisini çekmiştir. Mavi balinaların varlığını birkaç yüz yıldır (daha doğrusu 1694'ten beri) bilmemize rağmen, bu devler sırlarının tamamını açıklamadılar. Bugün Stanford Üniversitesi'nden bir grup bilim insanının, mavi balinanın kalp atışının ilk kayıtlarını elde etmek için kullanılan bir cihazı geliştirdiği bir çalışmaya göz atacağız. Denizlerin hükümdarının kalbi nasıl çalışır, bilim insanları hangi keşifleri yaptı ve neden mavi balinadan daha büyük bir organizma var olamaz? Bunu araştırma grubunun raporundan öğreniyoruz. Gitmek.
Araştırma Kahramanı
Mavi balina en büyük memeli, denizlerin ve okyanusların en büyük sakini, en büyük hayvan, en büyük balinadır. Ne diyebilirim ki, mavi balina boyut olarak gerçekten en iyisidir - uzunluğu 33 metre ve ağırlığı 150 tondur. Rakamlar yaklaşıktır ancak daha az etkileyici değildir.
Bu devin başı bile toplam vücut uzunluğunun yaklaşık %27'sini kapladığı için Guinness Rekorlar Kitabı'nda ayrı bir satırı hak ediyor. Üstelik mavi balinaların gözleri oldukça küçüktür, greyfurttan büyük değildir. Balinanın gözlerini görmekte zorlanıyorsanız ağzını hemen fark edeceksiniz. Bir mavi balinanın ağzı 100 kişiyi barındırabilir (ürkütücü bir örnek ama mavi balinalar en azından kasıtlı olarak insanları yemezler). Ağzın büyüklüğü gastronomik tercihlerden kaynaklanmaktadır: balinalar plankton yer, büyük miktarda su yutar ve bu daha sonra bir filtre aparatından salınarak yiyeceği filtreler. Oldukça uygun koşullar altında mavi balina günde yaklaşık 6 ton plankton tüketir.
Mavi balinaların bir diğer önemli özelliği de akciğerleridir. Nefeslerini 1 saat tutabilirler ve 100 metreye kadar derinliklere dalabilirler ancak diğer deniz memelileri gibi mavi balinalar da nefes almak için periyodik olarak su yüzeyine çıkarlar. Balinalar suyun yüzeyine çıktıklarında, başlarının arkasında bulunan iki büyük açıklıktan (burun deliklerinden) oluşan bir nefes alma deliği olan bir hava deliği kullanırlar. Bir balinanın hava deliğinden nefes vermesine genellikle 10 m yüksekliğe kadar dikey bir su kaynağı eşlik eder.Balinaların yaşam alanlarının özellikleri göz önüne alındığında, akciğerleri bizimkinden çok daha verimli çalışır - bir balinanın akciğerleri suyun %80-90'ını emer. oksijen ve bizimki sadece %15 civarında. Akciğerlerin hacmi yaklaşık 3 bin litre civarındadır ancak insanlarda bu rakam 3-6 litre civarında değişmektedir.
New Bedford'daki (ABD) bir müzede bulunan mavi balina kalbinin modeli.
Mavi balinanın dolaşım sistemi de kayıt parametreleriyle doludur. Örneğin, damarları çok büyüktür, yalnızca aortun çapı yaklaşık 40 cm'dir Mavi balinaların kalbi, dünyanın en büyük kalbi olarak kabul edilir ve yaklaşık bir ton ağırlığındadır. Bu kadar büyük bir kalbe sahip olan balinanın çok fazla kanı var - bir yetişkinde 8000 litreden fazla.
Ve şimdi sorunsuz bir şekilde çalışmanın özüne geliyoruz. Mavi balinanın kalbi zaten anladığımız gibi büyüktür, ancak oldukça yavaş atmaktadır. Daha önce nabzın dakikada 5-10 atım olduğuna, nadir durumlarda ise 20 atım olduğuna inanılıyordu. Ancak şimdiye kadar kimse doğru ölçüm yapmamıştı.
Stanford Üniversitesi'nden bilim insanları, biyolojide özellikle canlıların organlarının işlevsel özelliklerinin belirlenmesinde ölçeğin büyük önem taşıdığını söylüyor. Farelerden balinalara kadar çeşitli canlıları incelemek, bir canlı organizmanın aşamayacağı boyut sınırlarını belirlememize olanak sağlar. Ve genel olarak kalp ve kardiyovasküler sistem bu tür çalışmaların önemli özellikleridir.
Fizyolojileri tamamen yaşam tarzlarına adapte olan deniz memelilerinde dalış ve nefes tutma ile ilgili adaptasyonlar önemli rol oynar. Bu canlıların birçoğunun, dalış sırasında kalp atış hızlarının dinlenme durumlarının altındaki seviyelere düştüğü tespit edildi. Ve yüzeye çıktıktan sonra kalp atış hızı daha hızlı hale gelir.
Dokulara ve hücrelere oksijen dağıtım hızını azaltmak, böylece kandaki oksijen rezervlerinin tükenme sürecini yavaşlatmak ve kalbin oksijen tüketimini azaltmak için dalış sırasında daha düşük bir kalp atış hızı gereklidir.
Egzersizin (yani artan fiziksel aktivitenin) dalış tepkisini modüle ettiği ve dalış sırasında kalp atış hızını arttırdığı varsayılmaktadır. Bu hipotez özellikle mavi balinaların incelenmesi için önemlidir, çünkü özel beslenme yöntemi (suyu yutmak için ani bir hamle) nedeniyle, teorik olarak metabolizma hızının temel değerleri (dinlenme durumu) şu şekilde aşması gerekir: 50 kere. Bu tür hamlelerin oksijen tükenmesini hızlandırdığı ve dolayısıyla dalış süresini kısalttığı varsayılmaktadır.
Bir hamle sırasında artan kalp atış hızı ve kandan kaslara artan oksijen transferi, bu tür fiziksel aktivitenin metabolik maliyetleri nedeniyle önemli bir rol oynayabilir. Ayrıca düşük konsantrasyonun da göz önünde bulundurulması gerekir. miyoglobin* (Mb) mavi balinalarda (diğer deniz memelilerine göre 5-10 kat daha düşük: mavi balinalarda 0.8 g-100 kas başına 1 g Mb ve diğer deniz memelilerinde 1.8-10 g Mb).
Miyoglobin* - iskelet kaslarının ve kalp kaslarının oksijen bağlayıcı proteini.
Sonuç olarak, otonom sinir sistemi aracılığıyla fiziksel aktivite, dalış derinliği ve istemli kontrol dalış sırasında kalp atış hızını değiştirmektedir.
Kalp atış hızını azaltan ek bir faktör de dalış/çıkış sırasında akciğerlerin sıkışması/genişlemesi olabilir.
Bu nedenle, dalış sırasındaki ve yüzeydeki kalp atış hızı doğrudan arteriyel hemodinamik düzenlerle ilişkilidir.
Yüzgeç balinası
Yüzgeçli balinalardaki aort duvarlarının biyomekanik özellikleri ve boyutları üzerine daha önce yapılan bir çalışma (Balaenoptera bitkisi), ≤10 atım/dakika kalp atış hızıyla dalış sırasında aortik arkın bir rezervuar etkisi uyguladığını gösterdi (Rüzgarkessel etkisi), kan akışını uzun süre korur diyastolik dönemler* kalp atışları arasında ve sert distal aortaya giden kan akışının nabzını azaltır.
Diyastol* (diyastolik dönem) - kasılmalar arasında kalbin gevşeme dönemi.
Yukarıda açıklanan tüm hipotezlerin, teorilerin ve sonuçların maddi kanıtları olmalı, yani pratikte doğrulanmalı veya çürütülmelidir. Ancak bunu yapmak için serbestçe hareket eden bir mavi balina üzerinde elektrokardiyogram yapmanız gerekir. Basit yöntemler burada işe yaramayacağından bilim adamları elektrokardiyografi için kendi cihazlarını yarattılar.
Araştırmacıların çalışmalarından kısaca bahsettikleri bir video.
Balinanın EKG'si, 4 vantuzlu özel bir kapsül içine yerleştirilmiş özel yapım bir EKG kaydedici kullanılarak kaydedildi. Vantuzların ikisine yüzey EKG elektrotları yerleştirildi. Araştırmacılar bir tekneyle Monterey Körfezi'ne (Pasifik Okyanusu, Kaliforniya yakınında) gittiler. Bilim adamları nihayet yüzeye çıkan bir mavi balinayla karşılaştıklarında, vücuduna (sol yüzgecinin yanına) bir EKG kayıt cihazı bağladılar. Daha önce toplanan verilere göre bu balina 15 yaşında bir erkektir. Bu cihazın non-invaziv olduğunu, yani hayvanın derisine herhangi bir sensör veya elektrot yerleştirilmesini gerektirmediğini unutmamak önemlidir. Yani, balina için bu prosedür tamamen ağrısızdır ve insanlarla temastan kaynaklanan stres minimum düzeydedir; bu da stres nedeniyle bozulabilecek kalp atışı okumaları göz önüne alındığında son derece önemlidir. Sonuç, bilim adamlarının bir kalp atış hızı profili oluşturabildiği 8.5 saatlik bir EKG kaydıydı (aşağıdaki resim).
Resim #1: Mavi balina kalp atış hızı profili.
EKG dalga biçimi, aynı cihazı kullanan tutsak küçük balinalarda kaydedilene benzerdi. Balinanın yiyecek arama davranışı, türüne göre oldukça normaldi: 16.5 m derinliğe 184 dakika dalış ve 1 ila 4 dakikalık yüzey aralıkları.
Dalışa verilen kardiyovasküler yanıtla tutarlı olan kalp atış hızı profili, dalış süresine veya maksimum derinliğe bakılmaksızın, yiyecek arama dalışlarının alt aşamasında dakikada 4 ila 8 atış arasındaki kalp atışlarının baskın olduğunu gösterdi. Dalış kalp atış hızı (tüm dalış süresi boyunca hesaplanır) ve minimum anlık dalış kalp atış hızı, dalış süresiyle birlikte azalırken, dalış sonrası maksimum yüzey kalp atış hızı, dalış süresiyle birlikte arttı. Yani balina su altında ne kadar uzun süre kalırsa, dalış sırasında kalp atışı o kadar yavaş, çıkıştan sonra ise o kadar hızlı olur.
Buna karşılık, memeliler için allometrik denklemler, 70000 kg ağırlığındaki bir balinanın 319 kg ağırlığında bir kalbe sahip olduğunu ve vuruş hacminin (atım başına atılan kan hacmi) yaklaşık 80 l olduğunu, dolayısıyla dinlenme kalp atış hızının 15 atım/atması gerektiğini belirtir. dk.
Dalışların alt aşamalarında anlık kalp atış hızı, tahmin edilen dinlenme kalp atış hızının 1/3 ila 1/2'si arasındaydı. Ancak çıkış aşamasında kalp atış hızı arttı. Yüzey aralıklarında, kalp atış hızları tahmin edilen dinlenme kalp atış hızının yaklaşık iki katıydı ve derin dalışlardan sonra (>30 m derinlik) ağırlıklı olarak 37 ila 125 bpm ve daha sığ dalışlardan sonra 20 ila 30 bpm arasında değişiyordu.
Bu gözlem, derin dalışlar arasında istenen solunum gazı değişimini ve dokuların reperfüzyonunu (kan akışının yeniden sağlanması) sağlamak için kalp atış hızının hızlandırılmasının gerekli olduğunu gösterebilir.
Sığ, kısa süreli gece dalışları dinlenmeyle ilişkiliydi ve bu nedenle daha az aktif durumlarda daha yaygındı. 5 dakikalık bir gece dalışı sırasında gözlemlenen tipik kalp atış hızları (dakikada 8 atış) ve buna eşlik eden 2 dakikalık yüzey aralığı (dakikada 25 atış) birleşerek dakikada yaklaşık 13 atışlık bir kalp atış hızıyla sonuçlanabilir. Bu rakam, görebildiğimiz gibi, allometrik modellerin tahminlerine oldukça yakın.
Bilim adamları daha sonra fiziksel aktivite ve derinliğin kalp atış hızı düzenlemesi üzerindeki potansiyel etkilerini incelemek için 4 ayrı dalıştan kalp atış hızı, derinlik ve göreceli akciğer hacminin profilini çıkardılar.
Resim #2: 4 ayrı dalışın kalp atış hızı, derinliği ve bağıl akciğer hacmi profilleri.
Balina, büyük derinliklerde yiyecek yerken belirli bir hamle manevrası yapar - planktonlu suyu yutmak için ağzını keskin bir şekilde açar ve ardından yiyeceği filtreler. Suyu yutma anındaki kalp atış hızının, filtrasyon anına göre 2.5 kat daha yüksek olduğu görüldü. Bu doğrudan kalp atış hızının fiziksel aktiviteye bağımlılığıyla ilgilidir.
Akciğerlere gelince, söz konusu dalışlar sırasında göreceli akciğer hacminde önemli bir değişiklik gözlenmediğinden, bunların kalp atış hızı üzerindeki etkisi son derece düşük bir ihtimaldir.
Üstelik sığ dalışların alt aşamalarında kalp atış hızındaki kısa süreli artış, akciğerlerin göreceli hacmindeki değişikliklerle tam olarak ilişkilendirildi ve akciğer gerilme reseptörünün aktivasyonundan kaynaklanabiliyor.
Yukarıda açıklanan gözlemleri özetleyen bilim adamları, büyük derinliklerde beslenme sırasında kalp atış hızında kısa süreli 2.5 kat artış olduğu sonucuna vardılar. Bununla birlikte, beslenme hamleleri sırasındaki ortalama en yüksek kalp atış hızı, tahmin edilen dinlenme değerinin yalnızca yarısı kadardı. Bu veriler, büyük balinaların esnek aort kemerlerinin, dalış sırasında yavaş kalp atışları sırasında rezervuar etkisi oluşturduğu hipoteziyle tutarlıdır. Ek olarak, dalış sonrası dönemdeki yüksek kalp atış hızı aralığı, aort empedansının ve kardiyak iş yükünün, aortaya giden ve yansıyan basınç dalgalarının yıkıcı girişimi nedeniyle yüzey aralığı sırasında azaldığı hipotezini destekledi.
Balinanın planktonlu suyu yutarken hamle manevrasında devasa enerji harcaması göz önüne alındığında, araştırmacılar tarafından gözlemlenen şiddetli bradikardi, çalışmanın beklenmedik bir sonucu olarak adlandırılabilir. Bununla birlikte, bu manevranın metabolik maliyeti, kısmen beslenme süresinin kısa olması ve glikolitik, hızlı kasılan kas liflerinin olası toplanması nedeniyle, kalp atış hızı veya konvektif oksijen taşınmasıyla eşleşmeyebilir.
Mavi balinalar bir hamle sırasında yüksek hızlara çıkar ve kendi vücutlarından daha büyük miktarda su emer. Bilim adamları, manevra için gereken yüksek direnç ve enerjinin vücudun toplam oksijen rezervlerini hızla tükettiğini ve dolayısıyla dalış süresini sınırladığını öne sürüyorlar. Büyük miktarda suyu absorbe etmek için gereken mekanik kuvvet muhtemelen aerobik metabolik kuvveti çok aşacaktır. Bu nedenle bu tür manevralar sırasında kalp atış hızı çok kısa bir süre için arttı.
Çalışmanın nüansları hakkında daha ayrıntılı bilgi için, şuna bakmanızı tavsiye ederim: .
Sonuç bölümü
En önemli bulgulardan biri, mavi balinaların, dalış sırasında kanın ve kaslardaki oksijen tükenmesinin niteliğine bakılmaksızın, kısa yüzey aralıkları sırasında gaz değişimi ve reperfüzyon için neredeyse maksimum kalp atış hızına ihtiyaç duymasıdır. Daha büyük mavi balinaların yiyecek elde etmek için daha kısa sürede daha fazla emek harcaması gerektiğini düşünürsek (allometrik hipotezlere uygun olarak), o zaman kaçınılmaz olarak hem dalış hem de yüzeyde kalma sırasında çeşitli fizyolojik kısıtlamalarla karşı karşıya kalırlar. Bu, evrimsel olarak vücutlarının boyutunun sınırlı olduğu anlamına gelir; çünkü daha büyük olsaydı, yiyecek elde etme süreci çok maliyetli olurdu ve alınan yiyecekle telafi edilemezdi. Araştırmacılar mavi balinanın kalbinin kapasitesinin sınırında çalıştığına inanıyor.
Gelecekte bilim insanları, farklı fiziksel aktivitelerin kalp atış hızı üzerindeki etkisini daha iyi anlamak için bir ivmeölçer eklemek de dahil olmak üzere cihazlarının yeteneklerini genişletmeyi planlıyor. Ayrıca EKG sensörlerini diğer deniz canlıları üzerinde de kullanmayı planlıyorlar.
Bu çalışmanın gösterdiği gibi, en büyük kalbe sahip en büyük yaratık olmak kolay değil. Bununla birlikte, deniz canlılarının büyüklüğü ne olursa olsun, hangi diyeti uygularlarsa uygulasınlar, insanların balıkçılık, madencilik ve ulaşım için kullandıkları su sütununun onların evi olarak kaldığını anlamamız gerekiyor. Bizler sadece misafiriz ve bu nedenle buna göre davranmalıyız.
Cuma kapalı:
Ağzının kapasitesini gösteren mavi balinanın nadir görüntüleri.
Denizlerin bir diğer devi ise ispermeçet balinasıdır. Bu videoda, uzaktan kumandalı ROV Hercules kullanan bilim insanları, 598 metre derinlikte meraklı bir ispermeçet balinasını filme aldı.
İzlediğiniz için teşekkürler, merakla kalın ve herkese harika bir hafta sonu geçirin! 🙂
Bizimle kaldığın için teşekkürler. Yazılarımızı beğeniyor musunuz? Daha ilginç içerik görmek ister misiniz? Sipariş vererek veya arkadaşlarınıza tavsiye ederek bize destek olun, , Habr kullanıcıları için, bizim tarafımızdan sizin için icat ettiğimiz benzersiz bir giriş seviyesi sunucu analogunda %30 indirim: (RAID1 ve RAID10, 24 adede kadar çekirdek ve 40 GB'a kadar DDR4 ile mevcuttur).
Dell R730xd 2 kat daha mı ucuz? Sadece burada Hollanda'da! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99$'dan! Hakkında oku
Kaynak: habr.com