Если вы слишком быстро вскочите с кровати, у вас может закружиться голова.
Это потому, что, когда вы лежите, гравитация заставляет вашу кровь скапливаться в нижних частях тела, а не в мозгу. К счастью, когда вы встаете, в течение доли секунды ваше сердце начинает биться быстрее, приливая кровь к мозгу и позволяя вам сохранять равновесие.
Противоположное происходит, когда вы стоите на голове. Гравитация заставляет кровь приливать к мозгу, поэтому сердце бьется медленнее, а кровеносные сосуды, ведущие к мозгу, сужаются, чтобы предотвратить скопление слишком большого количества крови.
Но у насекомых нет замкнутых кровеносных систем с сосудами, которые могут ограничивать поступление жидкости в определенные части тела. Так как же они контролируют действие гравитации, когда им нужно залезть на дерево или повиснуть вниз головой на ветке в ожидании добычи?
Профессор Школы наук о жизни Аризонского государственного университета Джон Харрисон вместе с профессором Джейком Соча из Инженерного колледжа Технологического института Вирджинии опубликовали первое исследование, демонстрирующее, как насекомые регулируют свою сердечно-сосудистую и дыхательную деятельность в ответ на гравитацию. Результаты опубликованы сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Интересно, что это никогда не изучалось у беспозвоночных», - сказал Харрисон. «Это то, что меня всегда интересовало, потому что кровь не находится в сосудах. Это открытая кровеносная система, поэтому типичный биолог, вероятно, сказал бы, что кровь должна просто плескаться там, но мы на самом деле мало что знаем. о том, что происходит с кровообращением у насекомых."
Но благодаря этому исследованию у него теперь начинает появляться идея. Харрисон и его коллеги сделали рентгеновские снимки живых насекомых и обнаружили, что, когда кузнечики находятся в положении головой вверх, их головы заполнены мешочками под открытым небом и очень небольшим количеством жидкости (известной как гемолимфа или кровь беспозвоночных). В их животах все было наоборот: мешки со сжатым воздухом и много жидкости.
Однако, когда кузнечики опустили голову, их головы заполнены жидкостью и мешочками со сжатым воздухом, в то время как в их брюшках очень мало жидкости и много мешков под открытым небом.
Чтобы узнать больше, они ввели радиоактивный индикатор для отслеживания гемолимфы через тело и обнаружили, что она реагирует на гравитацию. Это указывает на то, что гравитация заставляет кровь течь вниз у кузнечиков, как и у людей.
И, что интересно, кузнечики могли существенно бороться с влиянием гравитации на кровоток в состоянии бодрствования, но не в состоянии наркоза. Таким образом, подобно позвоночным, у кузнечиков есть механизмы адаптации к гравитационному воздействию на их кровь. Так что это не просто лужа жидкости, плещущейся вокруг. Но каковы механизмы? Харрисон и его коллеги начинают это понимать.
Во-первых, как и у позвоночных, в теле кузнечика, по-видимому, есть какой-то функциональный клапан, предотвращающий движение крови под действием силы тяжести. Исследователи из Технологического института Вирджинии показали, что артериальное давление не связано с гравитацией, что подтверждает эту новую гипотезу. Кроме того, кровяное давление в голове кузнечика не связано с его кровяным давлением в брюшной полости, что также свидетельствует о работе клапанов.
В ASU студенты и докторанты лаборатории Харрисона обнаружили, что частота сердечных сокращений и частота дыхания реагируют на ориентацию тела и гравитацию. У кузнечиков с опущенной головой (как у человека, стоящего на голове) была снижена частота сердечных сокращений, чтобы уменьшить скопление жидкости в мозгу. Однако скорость их вентиляции увеличилась. Харрисон сказал, что, по их мнению, это связано с тем, что воздушные мешочки вокруг мозга сжимаются, поэтому ему не хватает кислорода.
«Итак, у кузнечиков есть по крайней мере три способа компенсировать гравитацию: изменение частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и функциональных клапанов. И я уверен, что есть и другие вещи, о которых мы не знаем», - сказал Харрисон.
Что касается других аспектов их физиологии, тела насекомых способны к сложным реакциям на их активный образ жизни.
"Если вы посмотрите на кузнечиков, то увидите, что они повсюду. Они то головой вверх, то вниз головой, то боком", - сказал Харрисон. «Они очень гибки в ориентации своего тела, как и большинство насекомых. И теперь мы знаем, что, когда они меняют свою ориентацию, им приходится реагировать на гравитацию так же, как людям, и они даже демонстрируют многие из тех же физиологических реакций. драматический пример, показывающий, насколько животные похожи физиологически, несмотря на то, насколько разными они могут казаться."