Доктор Андреас Фальман
Два исследования, опубликованные в журнале Frontiers Physiology, используют измерения физиологии легких, скорости метаболизма и теоретические оценки управления газом у глубоко ныряющих дельфинов, что обеспечивает дополнительную поддержку новой гипотезы о том, как архитектура легких и управление кровотоком у китов, дельфинов и морских млекопитающих позволяют им иметь доступ кислорода в легкие, предотвращая при этом поглощение азота и других проблем.
Дельфины-афалины — это млекопитающие, дышащие воздухом, которым приходится задерживать дыхание, чтобы охотиться под водой в поисках пищи. Таким образом, их способность задерживать дыхание на длительное время повлияет на то, сколько еды они смогут поймать, а с изменениями в рыболовном законодательстве, вызванными чрезмерным выловом или глобальным потеплением, может значительно измениться способность выживать и/или кормить своих детенышей.
Афалин часто можно увидеть вблизи суши во многих прибрежных районах по всему миру, где они часто ныряют на небольшую глубину, менее 10 метров или 33 футов, на короткое время (менее 2 минут). Однако в некоторых районах, например, на Бермудских островах, обитают афалины, которые, как зарегистрировано, ныряют на глубину более 1000 метров на время до 13 минут. Как может один и тот же вид вести столь разный образ жизни?
Исследователи из Океанографического фонда, программы исследования дельфинов Сарасоты, Dolphin Quest, Орхусского университета и Океанографического института Вудс-Хоул хотели ответить на этот вопрос и измерили физиологию легких и потребление энергии у глубоко ныряющих дельфинов с Бермудских островов. Результаты этого исследования были использованы в двух отдельных статьях, опубликованных в журнале Frontiers Physiology от 17 июля 2018 года.
В первой статье авторы сравнили свои результаты с ранее опубликованными результатами, полученными у дельфинов, ныряющих на небольшое расстояние, из Сарасоты, Флорида. Результаты показали, что между двумя популяциями не было различий в физиологии легких или потреблении энергии.
Это было неожиданно, поскольку мы ожидали увидеть различия как в легких, так и в скорости, с которой они расходуют энергиюАндреас ФалманОднако кровь глубоко ныряющих дельфинов имела больший гематокрит, концентрацию эритроцитов, что увеличивало количество кислорода, доступного во время погружения. Кроме того, легкие, по-видимому, не различались у мелководных и глубоководных видов, и авторы пришли к выводу, что способность легких сжиматься определяется структурой грудной клетки, позволяющей легким сжиматься. Предыдущие исследования показали, что это пассивное сжатие было основной адаптацией, позволяющей избежать чрезмерного поглощения азота на глубине и предотвращения изгибов. Однако отсутствие различий в легких у мелководных и глубоководных ныряльщиков позволяет предположить, что, чтобы избежать чрезмерного поглощения азота и изгибов, дельфины могут использовать другие средства, чтобы избежать проблем, связанных с нырянием.
Концентрации выдыхаемого O2 и CO2 отбирались через порт пневмотахометра и пропускались через гибкую трубку с твердыми стенками длиной 310 см и внутренним диаметром 2 мм и трубку Nafion длиной 30 см с внутренним диаметром 1,5 мм на быстродействующий анализатор О2 и СО2 (Gemini, CWE Inc.) при скорости потока 200 мл⋅мин-1. Газоанализатор был подключен к системе сбора данных и отбирал пробы при частоте 400 Гц.
Во второй статье авторы использовали данные о погружениях, чтобы спрогнозировать, как две разные популяции управляют кислородом во время погружения. Исследование пришло к выводу, что дельфинам с Бермудских островов необходимо иметь больше запасов кислорода, чтобы иметь возможность совершать гораздо более длительные и глубокие погружения. Кроме того, исследование предсказывает, что для ускорения восстановления после погружения дельфинам необходимо увеличить сердечный выброс на поверхности и даже поддерживать повышенную перфузию во время коротких и неглубоких погружений между более глубокими и продолжительными погружениями.
Этот необычный механизм, поддерживающий повышенный кровоток между глубокими ныряниями в поисках пищи, помогает сократить интервал между поверхностью и тем самым повышает эффективность ловли добычи. Фальман
Подобный механизм был предложен в более ранней статье в журнале Proceedings of the Royal Society B и подразумевал способность точно настраивать кровоток в различных ситуациях.
Этот механизм поможет направить поток крови через спавшиеся участки легкого, что позволит обеспечить некоторый обмен кислорода и углерода, предотвращая при этом обмен азота. Таким образом, у дельфинов может быть способ контролировать уровень поглощаемого ими азота и тем самым предотвращать изгибы. Эта новая гипотеза предоставляет новые и захватывающие возможности для исследований, чтобы понять, как млекопитающие могут нырять с экстремальными вдохами на легких, полных воздуха, без каких-либо проблем, с которыми сталкиваются люди.
Результаты, представленные в этих новых публикациях, могут предоставить жизненно важную информацию для понимания ограничений погружения среди морских млекопитающих и помочь лучше понять, как изменение окружающей среды, вызывающее изменения в доступности добычи, или антропогенный стресс, такой как увеличение шума океана или воздействие гидролокаторов, могут повлиять на эти виды и дать понимание, в какой момент они могут оказаться неспособными поддерживать жизнь. Таким образом, подобные исследования, ставшие возможными благодаря сотрудничеству с морскими парками и биологами дикой природы, в конечном итоге улучшат усилия по сохранению этих животных.
