Нарвалы, выпущенные после того, как запутались в сетях и снабженные кардиомониторами, совершили серию глубоких погружений, изо всех сил пытаясь спастись, в то время как их частота сердечных сокращений упала до неожиданно низкого уровня в три-четыре удара в минуту. Согласно новому исследованию, такое сочетание тяжелых упражнений и низкой частоты сердечных сокращений при отсутствии дыхания под водой обходится дорого и может затруднить глубоководным китам поступление достаточного количества кислорода в мозг и другие важные органы.
Как вы убегаете, задерживая дыхание? Это морские млекопитающие, ныряющие глубоко, но мы не видели нормальных погружений в период побега. Мне интересно, как нарвалы защищают свой мозг и поддерживают оксигенацию в этом ситуация», - сказала Терри Уильямс, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Санта-Круз, изучавшая физиологию упражнений у широкого круга морских и наземных млекопитающих.
Уильямс является первым автором статьи о новых открытиях, опубликованной 8 декабря в журнале Science. Нарвалы, известные как «морские единороги» из-за больших бивней у самцов, круглый год живут в арктических водах. Они были относительно изолированы от вмешательства человека до недавнего времени, когда сокращение арктического морского льда сделало регион более доступным для судоходства, разведки нефти и других видов человеческой деятельности.
Нарвалы, за которыми наблюдали после освобождения, постепенно возвращались к более типичному поведению и нормальной частоте сердечных сокращений. Но Уильямс сказала, что ее беспокоит, что стресс от человеческого беспокойства может вызвать поведенческие реакции у нарвалов, которые несовместимы с их физиологическими способностями. Их естественная реакция на бегство, чтобы избежать косаток и других угроз, обычно включает медленное перемещение либо на большие глубины, либо в мелководные прибрежные районы под ледяным покровом, где косатки не могут следовать за ними. «Это не быстрое животное», - объяснила она.
Уменьшение частоты сердечных сокращений (называемое брадикардией) является нормальной частью реакции млекопитающих на погружение, наряду с другими физиологическими изменениями, направленными на сохранение кислорода. У нарвалов исследователи измерили частоту сердечных сокращений в состоянии покоя на поверхности около 60 ударов в минуту. Во время обычных погружений (после периода побега) частота их сердечных сокращений снижалась до 10-20 ударов в минуту, в зависимости от уровня физической нагрузки. Частота сердечных сокращений обычно повышается при увеличении нагрузки, даже во время погружения.
«Вот что так парадоксально в этой реакции побега - кажется, что она нейтрализует реакцию на физическую нагрузку и поддерживает сильную брадикардию, даже когда киты интенсивно тренируются», - сказал Уильямс..
Чрезвычайно низкая частота сердечных сокращений, которую Уильямс наблюдал у убегающих нарвалов, похожа на частоту, наблюдаемую у животных с «реакцией замирания», одной из двух взаимоисключающих реакций, которые животные могут иметь в ответ на воспринимаемую угрозу, а другой является «борьбой или «полет», который увеличивает частоту сердечных сокращений и метаболизм. Нарвалы в своей реакции на стрессовую ситуацию, по-видимому, сочетают элементы физиологической реакции замирания с поведенческой реакцией бегства с потенциально вредными последствиями.
«Для наземных млекопитающих эти противоположные сигналы к сердцу могут быть проблематичными», - сказал Уильямс. «Сбегающие морские млекопитающие пытаются интегрировать реакцию ныряния поверх реакции на физическую нагрузку поверх реакции страха. Это большая часть физиологического баланса, и мне интересно, предназначены ли морские млекопитающие, ныряющие на большую глубину, справляться с тремя различными поступающими сигналами. к сердцу одновременно."
То же самое явление может наблюдаться у других глубоководных китов, когда их беспокоит антропогенный шум в океане, который был связан с выбросом на берег глубоководных китообразных, таких как клюворылые киты, сказала она.
«Дезориентация, о которой часто сообщают глубоководные киты, заставляет меня думать, что что-то не так с их когнитивными центрами», - сказал Уильямс. «Может ли это быть результатом неспособности поддерживать нормальную оксигенацию мозга?»
Она подсчитала, что спасательные погружения, которые ее команда наблюдала за нарвалами, требовали 97 процентов снабжения животного кислородом и часто превышали его аэробный предел погружения (имеется в виду истощение запасов кислорода в мышцах, легких и крови, за которым следует анаэробный метаболизм).). Исследование показало, что при обычных погружениях схожей продолжительности и глубины расходуется лишь около 52 процентов кислородного запаса нарвала.
Исследование проводилось в проливе Скорсби на восточном побережье Гренландии, где соавтор Мадс Петер Хайде-Йоргенсен, профессор-исследователь Гренландского института природных ресурсов, изучает нарвалов с 2012 года. Местные охотники в этом районе ставить сети для ловли рыбы, тюленей и других животных, в том числе нарвалов. Хайде-Йоргенсен наладила сотрудничество с охотниками, чтобы позволить ученым помечать и выпускать нарвалов, пойманных в сети. Он использовал спутниковые метки для изучения перемещений популяции нарвалов Восточной Гренландии.
Группа Уильямса из Калифорнийского университета в Санта-Круз разработала уникальную технологию мечения морских млекопитающих, которая позволяет исследователям отслеживать физиологию упражнений во время погружений путем записи электрокардиограмм, плавательных движений (частоты гребков) и других данных. Теги функционируют так же, как люди используют Fitbits для отслеживания своей повседневной деятельности. Для этого исследования у девяти нарвалов измеряли частоту сердечных сокращений в состоянии покоя, а у пяти нарвалов наблюдали во время погружений после освобождения. Инструменты были прикреплены к нарвалам с помощью присосок и отвалились через один-три дня, всплыв на поверхность, где их могли подобрать ученые.
В предыдущих исследованиях Уильямс использовал эти инструменты для изучения физиологии упражнений и реакции на погружение у афалин, тюленей Уэдделла и других видов.«Это была наша первая возможность поставить метки на глубоководного кита, чтобы отслеживать его физиологические и поведенческие реакции», - сказал Уильямс. «Все началось с работы с дельфинами в нашей лаборатории Лонг Марин».
Среди результатов ее более ранних исследований была удивительная частота сердечных аритмий у дельфинов и тюленей во время интенсивных упражнений на глубине. Новые результаты усиливают ее опасения по поводу последствий нарушений, вызывающих реакцию побега у морских млекопитающих, ныряющих на большие глубины.
«В отличие от угроз со стороны хищников, таких как косатки, шум от гидролокатора или сейсмического взрыва трудно избежать. Проблемы могут начаться, если киты попытаются убежать от него», - сказал Уильямс. «Последствия этого исследования носят предостерегающий характер, показывая, что биология этих животных делает их особенно уязвимыми для беспокойства. Эта технология дала нам окно в мир нарвалов, и то, что мы видим, вызывает тревогу. Вопрос в том, что мы из себя представляем». люди собираются с этим что-то делать?"
Помимо Уильямса и Хайде-Йоргенсен, соавторами статьи являются Сюзанна Блэквелл из Greeneridge Sciences в Санта-Барбаре, Калифорния; Бо Рихтер из Калифорнийского университета в Санта-Круз; и Миккель-Хольгер Синдинг в Датском музее естественной истории Копенгагенского университета. Эта работа финансировалась Управлением военно-морских исследований США и Национальным научным фондом, а также Институтом природных ресурсов Гренландии.