Thật khó để tranh luận với tuyên bố rằng thiên nhiên có trí tưởng tượng sống động nhất. Mỗi đại diện của hệ thực vật và động vật đều có những đặc điểm độc đáo và đôi khi thậm chí kỳ lạ mà thường không thể phù hợp với đầu chúng ta. Lấy ví dụ, cùng một con bọ ngựa. Sinh vật săn mồi này có khả năng tấn công nạn nhân hoặc kẻ phạm tội bằng móng vuốt mạnh mẽ với tốc độ 83 km/h và hệ thống thị giác của chúng là một trong những hệ thống thị giác phức tạp nhất từng được con người nghiên cứu. Tôm càng xanh, mặc dù hung dữ nhưng không đặc biệt lớn - dài tới 35 cm. Cư dân lớn nhất của biển và đại dương cũng như hành tinh nói chung là cá voi xanh. Chiều dài của loài động vật có vú này có thể đạt tới hơn 30 mét và nặng 150 tấn. Dù có kích thước ấn tượng nhưng cá voi xanh khó có thể được gọi là thợ săn đáng gờm, bởi... họ thích sinh vật phù du hơn.
Giải phẫu của cá voi xanh luôn là mối quan tâm của các nhà khoa học muốn hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của một sinh vật khổng lồ như vậy và các cơ quan trong đó. Mặc dù thực tế là chúng ta đã biết về sự tồn tại của cá voi xanh trong vài trăm năm (chính xác hơn là từ năm 1694), những gã khổng lồ này vẫn chưa tiết lộ hết bí mật của chúng. Hôm nay chúng ta sẽ xem xét một nghiên cứu trong đó một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Stanford đã phát triển một thiết bị được sử dụng để thu được những bản ghi âm đầu tiên về nhịp tim của cá voi xanh. Trái tim của kẻ thống trị biển cả hoạt động như thế nào, các nhà khoa học đã thực hiện những khám phá gì và tại sao một sinh vật lớn hơn cá voi xanh lại không thể tồn tại? Chúng tôi tìm hiểu điều này từ báo cáo của nhóm nghiên cứu. Đi.
Anh hùng nghiên cứu
Cá voi xanh là loài động vật có vú lớn nhất, cư dân lớn nhất ở biển và đại dương, loài động vật lớn nhất, loài cá voi lớn nhất. Tôi có thể nói gì đây, cá voi xanh thực sự là loài tốt nhất về kích thước - chiều dài là 33 mét và trọng lượng là 150 tấn. Những con số chỉ mang tính tương đối nhưng không kém phần ấn tượng.
Ngay cả phần đầu của loài khổng lồ này cũng xứng đáng được ghi vào Sách kỷ lục Guinness vì nó chiếm khoảng 27% tổng chiều dài cơ thể. Hơn nữa, mắt của cá voi xanh khá nhỏ, không lớn hơn quả bưởi. Nếu bạn khó nhìn thấy mắt cá voi thì bạn sẽ chú ý đến miệng ngay lập tức. Miệng của cá voi xanh có thể chứa tới 100 người (một ví dụ rùng rợn, nhưng cá voi xanh không ăn thịt người, ít nhất là không cố ý). Kích thước lớn của miệng là do sở thích ẩm thực: cá voi ăn sinh vật phù du, nuốt một lượng nước khổng lồ, sau đó nước này được thải ra qua một bộ máy lọc, lọc ra thức ăn. Trong hoàn cảnh khá thuận lợi, cá voi xanh tiêu thụ khoảng 6 tấn sinh vật phù du mỗi ngày.
Một đặc điểm quan trọng khác của cá voi xanh là phổi của chúng. Chúng có thể nín thở trong 1 giờ và lặn ở độ sâu lên tới 100 m, nhưng cũng giống như các loài động vật có vú ở biển khác, cá voi xanh định kỳ nổi lên mặt nước để thở. Khi cá voi nổi lên mặt nước, chúng sử dụng lỗ thổi, lỗ thở được tạo thành từ hai lỗ lớn (lỗ mũi) ở phía sau đầu. Việc cá voi thở ra qua lỗ phun nước thường đi kèm với một vòi nước thẳng đứng cao tới 10 m. Xét đặc điểm môi trường sống của cá voi, phổi của chúng hoạt động hiệu quả hơn nhiều so với phổi của chúng ta - phổi của cá voi hấp thụ 80-90% lượng khí thải. oxy, còn của chúng ta chỉ có khoảng 15%. Thể tích của phổi khoảng 3 nghìn lít, nhưng ở người con số này dao động trong khoảng 3-6 lít.
Mô hình trái tim cá voi xanh tại bảo tàng ở New Bedford (Mỹ).
Hệ thống tuần hoàn của cá voi xanh cũng có đầy đủ các thông số kỷ lục. Ví dụ, mạch máu của chúng rất lớn, riêng đường kính động mạch chủ đã khoảng 40 cm, trái tim của cá voi xanh được coi là trái tim lớn nhất thế giới và nặng khoảng một tấn. Với trái tim to lớn như vậy, cá voi có rất nhiều máu - hơn 8000 lít ở một con trưởng thành.
Và bây giờ chúng ta đã đi đến bản chất của nghiên cứu một cách suôn sẻ. Như chúng ta đã biết, trái tim của cá voi xanh rất lớn nhưng nó đập khá chậm. Trước đây, người ta tin rằng nhịp tim khoảng 5-10 nhịp mỗi phút, trong một số trường hợp hiếm hoi lên tới 20. Nhưng cho đến nay vẫn chưa có ai thực hiện được phép đo chính xác.
Các nhà khoa học từ Đại học Stanford cho biết quy mô có tầm quan trọng rất lớn trong sinh học, đặc biệt là khi xác định các đặc điểm chức năng của các cơ quan của sinh vật sống. Việc nghiên cứu nhiều sinh vật khác nhau, từ chuột đến cá voi, cho phép chúng ta xác định giới hạn kích thước mà một sinh vật sống không thể vượt quá. Và tim và hệ thống tim mạch nói chung là những thuộc tính quan trọng của những nghiên cứu như vậy.
Ở động vật có vú ở biển, có sinh lý hoàn toàn thích nghi với lối sống của chúng, sự thích nghi liên quan đến việc lặn và nín thở đóng một vai trò quan trọng. Người ta phát hiện ra rằng nhiều sinh vật trong số này có nhịp tim giảm xuống mức thấp hơn trạng thái nghỉ ngơi trong quá trình lặn. Và khi nổi lên mặt nước, nhịp tim trở nên nhanh hơn.
Nhịp tim thấp hơn khi lặn là cần thiết để giảm tốc độ cung cấp oxy đến các mô và tế bào, từ đó làm chậm quá trình cạn kiệt lượng oxy dự trữ trong máu và giảm mức tiêu thụ oxy của chính tim.
Người ta đưa ra giả thuyết rằng tập thể dục (tức là tăng cường hoạt động thể chất) sẽ điều chỉnh phản ứng lặn và tăng nhịp tim trong khi lặn. Giả thuyết này đặc biệt quan trọng đối với việc nghiên cứu cá voi xanh, vì do phương pháp kiếm ăn đặc biệt (lao vào nuốt nước đột ngột), về mặt lý thuyết, tốc độ trao đổi chất sẽ vượt quá các giá trị cơ bản (trạng thái nghỉ) bởi 50 lần. Người ta cho rằng những phổi như vậy làm tăng tốc độ cạn kiệt oxy, do đó làm giảm thời gian lặn.
Nhịp tim tăng lên và lượng oxy vận chuyển từ máu đến cơ bắp tăng lên trong quá trình lunge có thể đóng một vai trò quan trọng do chi phí trao đổi chất của hoạt động thể chất đó. Ngoài ra, cần xem xét nồng độ thấp myoglobin* (Mb) ở cá voi xanh (thấp hơn 5-10 lần so với các loài động vật có vú ở biển khác: 0.8 g Mb trên 100 g-1 cơ ở cá voi xanh và 1.8-10 g Mb ở các loài động vật có vú ở biển khác.
Myoglobin* - protein liên kết oxy của cơ xương và cơ tim.
Tóm lại, hoạt động thể chất, độ sâu lặn và khả năng kiểm soát ý chí sẽ thay đổi nhịp tim trong quá trình lặn thông qua hệ thống thần kinh tự trị.
Một yếu tố bổ sung làm giảm nhịp tim có thể là sự nén/mở rộng của phổi trong quá trình lặn/đi lên.
Do đó, nhịp tim khi lặn và khi ở trên mặt nước có liên quan trực tiếp đến mô hình huyết động động mạch.
Vây cá voi
Một nghiên cứu trước đây về đặc tính cơ sinh học và kích thước của thành động mạch chủ ở cá voi vây (Balaenoptera Physalus) cho thấy rằng trong quá trình lặn với nhịp tim 10 nhịp/phút, vòm động mạch chủ thực hiện hiệu ứng dự trữ (Hiệu ứng tàu gió), duy trì lưu lượng máu trong thời gian dài thời kỳ tâm trương* giữa các nhịp tim và làm giảm nhịp đập của lưu lượng máu vào động mạch chủ ở phần xa cứng.
Tâm trương* (thời kỳ tâm trương) - thời kỳ tim thư giãn giữa các cơn co thắt.
Tất cả các giả thuyết, lý thuyết và kết luận nêu trên phải có bằng chứng vật chất, nghĩa là được xác nhận hoặc bác bỏ trong thực tế. Nhưng để làm được điều này, bạn cần tiến hành đo điện tâm đồ trên một con cá voi xanh đang di chuyển tự do. Các phương pháp đơn giản sẽ không hiệu quả ở đây, vì vậy các nhà khoa học đã tạo ra thiết bị điện tâm đồ của riêng họ.
Một video trong đó các nhà nghiên cứu nói ngắn gọn về công việc của họ.
ECG của cá voi được ghi lại bằng máy ghi ECG tùy chỉnh được tích hợp trong một viên nang đặc biệt có 4 giác hút. Các điện cực ECG bề mặt được tích hợp vào hai cốc hút. Các nhà nghiên cứu đã đi thuyền đến Vịnh Monterey (Thái Bình Dương, gần California). Cuối cùng, khi các nhà khoa học tìm thấy một con cá voi xanh nổi lên, họ đã gắn máy ghi ECG vào cơ thể nó (cạnh vây trái của nó). Theo dữ liệu thu thập được trước đó, con cá voi này là con đực khoảng 15 tuổi. Điều quan trọng cần lưu ý là thiết bị này không xâm lấn, nghĩa là nó không yêu cầu đưa bất kỳ cảm biến hoặc điện cực nào vào da động vật. Nghĩa là, đối với cá voi, quy trình này hoàn toàn không gây đau đớn và ít gây căng thẳng khi tiếp xúc với con người, điều này cũng cực kỳ quan trọng vì các chỉ số nhịp tim được thực hiện, có thể bị sai lệch do căng thẳng. Kết quả là một bản ghi ECG dài 8.5 giờ mà từ đó các nhà khoa học có thể xây dựng hồ sơ nhịp tim (hình ảnh bên dưới).
Hình ảnh #1: Hồ sơ nhịp tim của cá voi xanh.
Dạng sóng ECG tương tự như dạng sóng được ghi lại ở những con cá voi nhỏ bị nuôi nhốt sử dụng cùng một thiết bị. Hành vi kiếm ăn của cá voi là khá bình thường đối với loài của nó: lặn trong 16.5 phút ở độ sâu 184 m và lặn trên bề mặt từ 1 đến 4 phút.
Hồ sơ nhịp tim, nhất quán với phản ứng của tim mạch khi lặn, cho thấy nhịp tim từ 4 đến 8 nhịp mỗi phút chiếm ưu thế trong giai đoạn thấp hơn của quá trình lặn tìm kiếm thức ăn, bất kể thời gian lặn hay độ sâu tối đa. Nhịp tim khi lặn (được tính trong toàn bộ thời gian lặn) và nhịp tim tức thời tối thiểu khi lặn giảm theo thời gian lặn, trong khi nhịp tim bề mặt tối đa sau khi lặn tăng theo thời gian lặn. Nghĩa là, cá voi ở dưới nước càng lâu thì tim đập càng chậm khi lặn và càng nhanh sau khi bay lên.
Ngược lại, các phương trình tương quan đối với động vật có vú cho biết rằng một con cá voi nặng 70000 kg có một trái tim nặng 319 kg và thể tích nhịp đập của nó (lượng máu tống ra mỗi nhịp) là khoảng 80 l, do đó, nhịp tim khi nghỉ ngơi phải là 15 nhịp/ phút.
Trong các giai đoạn lặn thấp hơn, nhịp tim tức thời nằm trong khoảng từ 1/3 đến 1/2 nhịp tim khi nghỉ ngơi được dự đoán. Tuy nhiên, nhịp tim tăng lên trong giai đoạn đi lên. Tại các khoảng thời gian trên bề mặt, nhịp tim xấp xỉ gấp đôi nhịp tim khi nghỉ ngơi dự đoán và dao động chủ yếu từ 30 đến 37 nhịp/phút sau khi lặn sâu (độ sâu >125 m) và từ 20 đến 30 nhịp/phút sau khi lặn ở vùng nông hơn.
Quan sát này có thể chỉ ra rằng việc tăng nhịp tim là cần thiết để đạt được sự trao đổi khí hô hấp và tái tưới máu (phục hồi lưu lượng máu) của các mô giữa các lần lặn sâu.
Những chuyến lặn đêm nông, thời gian ngắn có liên quan đến việc nghỉ ngơi và do đó phổ biến hơn ở những trạng thái ít hoạt động hơn. Nhịp tim điển hình quan sát được khi lặn đêm 5 phút (8 nhịp mỗi phút) và khoảng thời gian 2 phút trên bề mặt đi kèm (25 nhịp mỗi phút) có thể kết hợp để tạo ra nhịp tim khoảng 13 nhịp mỗi phút. Con số này, như chúng ta có thể thấy, rất gần với dự đoán ước tính của các mô hình sinh trắc học.
Sau đó, các nhà khoa học đã xác định nhịp tim, độ sâu và thể tích phổi tương đối từ 4 lần lặn riêng biệt để kiểm tra tác động tiềm ẩn của hoạt động thể chất và độ sâu đối với việc điều chỉnh nhịp tim.
Hình ảnh #2: Hồ sơ nhịp tim, độ sâu và thể tích phổi tương đối của 4 lần lặn riêng biệt.
Khi ăn thức ăn ở độ sâu lớn, cá voi thực hiện một động tác lao nhất định - nó há miệng thật mạnh để nuốt nước cùng với sinh vật phù du, sau đó lọc thức ăn ra ngoài. Người ta quan sát thấy nhịp tim tại thời điểm nuốt nước cao hơn 2.5 lần so với thời điểm lọc. Điều này trực tiếp nói lên sự phụ thuộc của nhịp tim vào hoạt động thể chất.
Đối với phổi, ảnh hưởng của chúng đến nhịp tim là cực kỳ khó xảy ra, vì không có sự thay đổi đáng kể nào về thể tích phổi tương đối được quan sát thấy trong quá trình lặn được đề cập.
Hơn nữa, trong các giai đoạn thấp hơn của lặn nông, nhịp tim tăng trong thời gian ngắn có liên quan chính xác đến sự thay đổi thể tích tương đối của phổi và có thể do kích hoạt thụ thể căng phổi.
Tóm tắt những quan sát được mô tả ở trên, các nhà khoa học đi đến kết luận rằng khi cho ăn ở độ sâu lớn, nhịp tim trong thời gian ngắn sẽ tăng lên 2.5 lần. Tuy nhiên, nhịp tim cao nhất trung bình trong quá trình cho ăn vẫn chỉ bằng một nửa giá trị dự đoán khi nghỉ ngơi. Những dữ liệu này phù hợp với giả thuyết rằng vòm động mạch chủ linh hoạt của cá voi lớn tạo ra hiệu ứng dự trữ trong quá trình nhịp tim chậm khi lặn. Ngoài ra, phạm vi nhịp tim cao hơn trong giai đoạn sau lặn đã ủng hộ giả thuyết rằng trở kháng động mạch chủ và khối lượng công việc của tim giảm trong khoảng thời gian trên bề mặt do sự giao thoa triệt tiêu của sóng áp suất đi ra và phản xạ trong động mạch chủ.
Nhịp tim chậm nghiêm trọng mà các nhà nghiên cứu quan sát được có thể được gọi là một kết quả bất ngờ của nghiên cứu, do cá voi tiêu tốn rất nhiều năng lượng khi thực hiện động tác lao tới khi nuốt nước cùng với sinh vật phù du. Tuy nhiên, chi phí trao đổi chất của thao tác này có thể không phù hợp với nhịp tim hoặc sự vận chuyển oxy đối lưu, một phần do thời gian cho ăn ngắn và có thể huy động các sợi cơ co giật nhanh, glycolytic.
Trong khi lao tới, cá voi xanh tăng tốc lên tốc độ cao và hấp thụ một lượng nước có thể lớn hơn cơ thể chúng. Các nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng sức đề kháng cao và năng lượng cần thiết cho việc di chuyển sẽ nhanh chóng làm cạn kiệt tổng lượng oxy dự trữ của cơ thể, từ đó hạn chế thời gian lặn. Lực cơ học cần thiết để hấp thụ một lượng lớn nước có khả năng vượt xa lực trao đổi chất hiếu khí. Đó là lý do tại sao trong các thao tác như vậy, nhịp tim tăng lên, nhưng trong một thời gian rất ngắn.
Để làm quen chi tiết hơn với các sắc thái của nghiên cứu, tôi khuyên bạn nên xem .
Phần kết
Một trong những phát hiện quan trọng nhất là cá voi xanh yêu cầu nhịp tim gần như tối đa để trao đổi khí và tái tưới máu trong khoảng thời gian ngắn trên bề mặt, bất kể bản chất của sự suy giảm oxy trong máu và cơ trong quá trình lặn. Nếu chúng ta cho rằng những con cá voi xanh lớn hơn phải đầu tư nhiều lao động hơn trong một khoảng thời gian ngắn hơn để có được thức ăn (theo các giả thuyết sinh học), thì chúng chắc chắn phải đối mặt với một số hạn chế về mặt sinh lý cả trong quá trình lặn và trong khoảng thời gian trên bề mặt. Điều này có nghĩa là về mặt tiến hóa, kích thước cơ thể của chúng bị hạn chế, vì nếu nó lớn hơn, quá trình kiếm thức ăn sẽ rất tốn kém và sẽ không được bù đắp bằng lượng thức ăn nhận được. Bản thân các nhà nghiên cứu tin rằng trái tim của cá voi xanh đang hoạt động ở mức giới hạn khả năng của nó.
Trong tương lai, các nhà khoa học có kế hoạch mở rộng khả năng của thiết bị, bao gồm thêm gia tốc kế để hiểu rõ hơn về tác động của các hoạt động thể chất khác nhau lên nhịp tim. Họ cũng có kế hoạch sử dụng cảm biến ECG trên các sinh vật biển khác.
Như nghiên cứu này cho thấy, trở thành sinh vật to lớn nhất với trái tim lớn nhất không hề dễ dàng. Tuy nhiên, dù quy mô của cư dân biển như thế nào, dù họ tuân thủ chế độ ăn kiêng nào, chúng ta cần hiểu rằng cột nước được con người sử dụng để đánh bắt, khai thác và vận chuyển vẫn là nhà của họ. Chúng ta chỉ là khách, nên chúng ta phải cư xử cho phù hợp.
Thứ sáu ngoài trời:
Cảnh quay hiếm hoi về cá voi xanh thể hiện khả năng của miệng.
Một loài khổng lồ khác của biển là cá nhà táng. Trong video này, các nhà khoa học sử dụng ROV Hercules điều khiển từ xa đã quay phim một con cá nhà táng tò mò ở độ sâu 598 mét.
Cảm ơn đã đọc, hãy tò mò và chúc các bạn cuối tuần vui vẻ! 🙂
Cảm ơn bạn đã ở với chúng tôi. Bạn có thích bài viết của chúng tôi? Bạn muốn xem nội dung thú vị hơn? Hỗ trợ chúng tôi bằng cách đặt hàng hoặc giới thiệu cho bạn bè, , Giảm giá 30% cho người dùng Habr trên một máy chủ tương tự duy nhất của máy chủ cấp đầu vào do chúng tôi phát minh ra dành cho bạn: (có sẵn với RAID1 và RAID10, tối đa 24 lõi và tối đa 40GB DDR4).
Dell R730xd rẻ gấp 2 lần? Chỉ ở đây ở Hà Lan! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - từ $99! Đọc về
Nguồn: www.habr.com