سر القليل من القلب الكبير: أول رسم القلب الحوت الأزرق في التاريخ

من الصعب الجدال مع التأكيد على أن الطبيعة هي التي لديها الخيال الأكثر وضوحا. يتمتع كل من ممثلي النباتات والحيوانات بميزاته الفريدة ، وحتى في بعض الأحيان الغريبة التي لا تنسجم غالباً مع رؤوسنا. خذ على سبيل المثال ، نفس الجمبري السرعوف. هذا المخلوق المفترس قادر على مهاجمة الضحية أو الجاني بمخالبها القوية بسرعة 83 كم / ساعة ، ونظامهم البصري هو واحد من أصعب ما درسه الإنسان على الإطلاق. جراد البحر السرعوف ، على الرغم من غاضب ، ولكن ليست كبيرة جدا - يصل طولها إلى 35 سم. الحوت الأزرق هو أكبر ساكن في البحار والمحيطات ، كما هو الحال في الكوكب بأسره. يمكن أن يصل طول هذه الثدييات إلى أكثر من 30 مترًا ويبلغ وزنها 150 طنًا. على الرغم من الأبعاد المثيرة للإعجاب ، من الصعب استدعاء الحيتان الزرقاء الصيادين الهائل ، كما انهم يفضلون العوالق.

لطالما اهتم تشريح الحيتان الزرقاء بالعلماء الذين يرغبون في فهم كيفية عمل مثل هذا الكائن الحي الضخم بشكل أفضل. على الرغم من حقيقة أننا عرفنا عن وجود الحيتان الزرقاء لعدة مئات من السنين (منذ عام 1694 ، لتكون أكثر دقة) ، فإن هؤلاء العمالقة لم يكشفوا عن أسرارهم. سنلتقي بكم اليوم دراسة قام فيها مجموعة من العلماء من جامعة ستانفورد بتطوير جهاز تم من خلاله الحصول على السجلات الأولى لنبضات القلب للحوت الأزرق. كيف يعمل قلب سيد البحار ، وما هي الاكتشافات التي حققها العلماء ، ولماذا لا يمكن أن يوجد كائن حي أكبر من الحوت الأزرق؟ نتعرف على هذا من تقرير مجموعة الأبحاث. دعنا نذهب.

بطل البحث

الحوت الأزرق هو أكبر حيوان ثديي ، أكبر ساكن في البحار والمحيطات ، أكبر حيوان ، أكبر حوت. ماذا يمكنني أن أقول ، إن الحوت الأزرق هو الأكثر حقاً من وجهة نظر الأبعاد - طوله 33 متراً والوزن 150 طن. الأرقام تقريبية ، ولكن ليس أقل إثارة للإعجاب.



حتى رئيس هذا العملاق يستحق خطًا منفصلاً في موسوعة غينيس للأرقام القياسية ، لأنه يشغل حوالي 27٪ من إجمالي طول الجسم. في هذه الحالة ، فإن عيون الحيتان الزرقاء صغيرة بما يكفي ، وليس أكثر من الجريب فروت. إذا كانت عيون الحوت يصعب عليك رؤيتها ، فستلاحظ فمك على الفور. يمكن أن يستوعب فم الحوت الأزرق ما يصل إلى 100 شخص (مثال زاحف ، ولكن الحيتان الزرقاء لا تأكل الناس ، على الأقل عن قصد). يرجع الحجم الكبير للفم إلى تفضيلات تذوق الطعام: فالحيتان تأكل العوالق ، وتبتلع كميات هائلة من الماء ، ثم تطلقها من خلال جهاز الترشيح ، لتصفية الطعام. في ظل ظروف مواتية إلى حد ما ، يمتص الحوت الأزرق حوالي 6 أطنان من العوالق يوميًا.



ميزة أخرى مهمة من الحيتان الزرقاء هي رئتيها. إنهم قادرون على حبس أنفاسهم لمدة ساعة واحدة والغطس على عمق 100 متر ، ولكن مثل الثدييات البحرية الأخرى ، تظهر الحيتان الزرقاء بشكل دوري على سطح الماء للتنفس. عند التسلق إلى سطح الماء ، تستخدم الحيتان ثقب التنفس الذي يتكون من فتحتين كبيرتين (فتحات الأنف) في الجزء الخلفي من الرأس. غالبًا ما يصاحب زفير الحوت عبر سبيرا نافورة مياه عمودية يصل ارتفاعها إلى 10 أمتار ، وبالنظر إلى خصوصيات موائل الحيتان ، تعمل رئتاهما بكفاءة أكبر بكثير من رئاستنا - تمتص الحيتان الخفيفة 80-90٪ من الأكسجين ، وحوالي 15٪ فقط من الأكسجين. حجم الرئة حوالي 3 آلاف لتر ، في البشر ، وهذا الرقم يختلف في المنطقة 3-6 لترات.


نموذج لقلب الحوت الأزرق في متحف في نيو بدفورد (الولايات المتحدة الأمريكية).

نظام الدورة الدموية الحوت الأزرق مليء أيضا المعلمات كسر الرقم القياسي. على سبيل المثال ، إن أوعيةها ببساطة ضخمة ، يبلغ قطر الشريان الأورطي وحده حوالي 40 سم ، ويعتبر قلب الحيتان الزرقاء أكبر قلب في العالم ويزن حوالي طن. مع هذا القلب الكبير ، تمتلك الحوت والدم الكثير - أكثر من 8000 لتر في شخص بالغ.

ولذا فقد اقتربنا تدريجياً من جوهر الدراسة نفسها. قلب الحوت الأزرق كبير ، كما فهمنا بالفعل ، لكنه يدق ببطء شديد. في السابق ، كان يعتقد أن النبض يتراوح من 5 إلى 10 نبضة في الدقيقة ، في حالات نادرة ، ما يصل إلى 20. في حين لم يقم أحد بإجراء قياسات دقيقة ، حتى الآن.

يقول علماء من جامعة ستانفورد أن المقياس في علم الأحياء له أهمية كبيرة ، لا سيما عندما يتعلق الأمر بتحديد الخصائص الوظيفية لأعضاء الكائنات الحية. تسمح لنا دراسة مختلف المخلوقات ، من الفئران إلى الحيتان ، بتحديد القيود على الأبعاد التي لا يمكن أن يتجاوزها الكائن الحي. والقلب والجهاز القلبي الوعائي ككل سمات مهمة لمثل هذه الدراسات.

في الثدييات البحرية ، التي يتم تكييف فسيولوجيها بالكامل مع نمط حياتهم ، تلعب التعديلات المرتبطة بالغوص والاعتقال التنفسي دورًا مهمًا. لقد وجد أنه في العديد من هذه الكائنات ، أثناء الغوص ، ينخفض ​​معدل ضربات القلب إلى مستويات أقل من حالة الراحة. ويرتفع إلى السطح ، يصبح إيقاع القلب أكثر سرعة.

من الضروري خفض نبضات القلب أثناء الغوص لتقليل معدل وصول الأكسجين إلى الأنسجة والخلايا ، وبالتالي استنفاد عملية نضوب احتياطيات الأكسجين في الدم وتقليل استهلاك الأكسجين عن طريق القلب نفسه.

هناك فرضية مفادها أن التمرين (أي زيادة النشاط البدني) يعدل الاستجابة للانغماس ويزيد من معدل ضربات القلب أثناء الغمر. هذه الفرضية مهمة بشكل خاص لدراسة الحيتان الزرقاء ، نظرًا لوجود طريقة تغذية خاصة (اندفاع حاد في ماء البلع) ، يجب أن يكون معدل الأيض ، من الناحية النظرية ، أعلى 50 مرة من القيم الأساسية (حالة الراحة). ويقترح أن هذه الطعنات تسريع استنفاد الأكسجين ، وبالتالي ، تقليل مدة الغوص.

زيادة معدل ضربات القلب وزيادة نقل الأكسجين من الدم إلى العضلات أثناء الرئتين يمكن أن تلعب دوراً هاماً بسبب التكاليف الأيضية أثناء هذا النشاط البدني. بالإضافة إلى ذلك ، يجدر النظر في انخفاض تركيز الميوغلوبين * (ميغابايت) في الحيتان الزرقاء (5-10 مرات أقل من الثدييات البحرية الأخرى: 0.8 جم ميغابايت لكل 100 جم -1 من العضلات في الحيتان الزرقاء و 1.8-10 جم Mb في الآخرين الثدييات البحرية.

الميوغلوبين * هو بروتين مرتبط بالأكسجين من العضلات والهيكل العظمي والعضلات القلبية.

في الختام ، فإن النشاط البدني وعمق الغمر والتحكم الإرادي يغيران معدل ضربات القلب أثناء الانغماس من خلال الجهاز العصبي اللاإرادي.

من العوامل الإضافية في خفض معدل ضربات القلب ضغط / تمدد الرئتين أثناء الغمر / الصعود.

وبالتالي ، فإن معدل ضربات القلب أثناء الغمر وأثناء وجوده على السطح يرتبط مباشرة بنماذج ديناميكا الدم الشرياني.


زعنفة

أظهرت دراسة سابقة للخصائص الميكانيكية الحيوية وأحجام جدران الشريان الأبهر للفينوال ( Balaenoptera physalus ) أنه أثناء الغوص بمعدل نبضات القلب ≤ 10 نبضة في الدقيقة ، يدرك القوس الأبهري تأثير خزان ( Windkessel effekt ) ، الذي يحافظ على تدفق الدم لفترات طويلة من الانبساط * تقلصات القلب ويقلل من نبض تدفق الدم إلى الشريان الأبهر القاصي القاسي.

انبساط * (فترة الانبساط) - فترة استرخاء القلب بين الانقباضات.

يجب أن يكون لجميع الفرضيات والنظريات والاستنتاجات أعلاه أدلة مادية ، أي يتم تأكيدها أو دحضها في الممارسة العملية. ولكن لهذا تحتاج إلى إجراء تخطيط القلب لحوت أزرق متحرك بحرية. لن تعمل الطرق البسيطة هنا ، لأن العلماء ابتكروا أجهزتهم الخاصة للقلب الكهربائي.


شريط فيديو يتحدث فيه الباحثون لفترة وجيزة عن عملهم.

تم تسجيل ECG الحوت باستخدام مسجل ECG حسب الطلب المدمج في كبسولة خاصة مع 4 أكواب شفط. بنيت أقطاب ECG السطحية إلى اثنين من أكواب الشفط. ذهب الباحثون على متن قارب إلى خليج مونتيري (المحيط الهادي ، بالقرب من كاليفورنيا). عندما التقى العلماء أخيرًا بحوت أزرق ظهر على سطح الماء ، ربطوا مسجل ECG بجسده (بجانب الزعنفة اليسرى). وفقًا للبيانات التي تم جمعها مسبقًا ، يعد هذا الحوت من الذكور في سن 15 عامًا. من المهم أن نلاحظ أن هذا الجهاز غير قابل للغزو ، أي أنه لا يتطلب إدخال أي أجهزة استشعار أو أقطاب كهربائية في جلد الحيوان. هذا ، بالنسبة للحوت ، هذا الإجراء غير مؤلم تمامًا وبأقل قدر من التوتر من الاتصال بالأشخاص ، وهو أمر مهم للغاية أيضًا ، نظرًا لاتخاذ قراءات معدل ضربات القلب ، والتي يمكن تشويهها بسبب الإجهاد. نتيجة لذلك ، تم الحصول على سجل ECG لمدة 8.5 ساعات ، وفقًا للعلماء الذين تمكنوا من بناء صورة إيقاعية للقلب (الصورة أدناه).


الصورة رقم 1: معدل ضربات قلب الحوت الأزرق.

كان شكل إشارة تخطيط القلب مشابه للشكل المسجل في الحيتان الصغيرة في الأسر باستخدام نفس الجهاز. كان سلوك الحوت أثناء البحث عن الطعام شائعًا جدًا في مظهره: الغوص لمدة 16.5 دقيقة إلى عمق 184 مترًا وفواصل سطحية من 1 إلى 4 دقائق.

أظهر معدل ضربات القلب ، وفقا لاستجابة القلب والأوعية الدموية للغوص ، أن معدل ضربات القلب من 4 إلى 8 نبضة في الدقيقة ساد في المرحلة الدنيا من الغطس عند البحث عن الطعام ، بغض النظر عن مدة الغوص أو الحد الأقصى للعمق. انخفض معدل ضربات القلب للغوص (يتم حسابه على مدار فترة الغطس بأكملها) والحد الأدنى لمعدل ضربات القلب لحظية أثناء الغوص مع مدة الغوص ، في حين زاد الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب السطحية بعد الغطس مع مدة الغطس. أي أنه كلما طالت فترة بقاء الحوت تحت الماء ، كان نبض القلب أبطأ أثناء الغوص وأسرع بعد الصعود.

بالمقابل ، تشير المعادلات التماثلية للثدييات إلى أن الحوت الذي يزن 70،000 كيلوغرام له قلب يزن 319 كيلوجرام ، وحجم السكتة الدماغية (حجم الدم الذي تم إخراجه في كل سكتة دماغية) حوالي 80 لتر ، وبالتالي ، يجب أن يكون معدل ضربات القلب أثناء الراحة 15 نبضة / دقيقة.

خلال المراحل السفلية من الغوص ، تراوحت نسبة ضربات القلب الفورية من 1/3 إلى 1/2 من معدل ضربات القلب المتوقع. ومع ذلك ، زاد معدل ضربات القلب خلال مرحلة الصعود. في الفواصل السطحية ، كان معدل ضربات القلب أعلى مرتين تقريبًا من معدل ضربات القلب أثناء الراحة وتراوح في الغالب من 30 إلى 37 نبضة في الدقيقة بعد الغوص العميق (> عمق 125 متر) ومن 20 إلى 30 نبضة في الدقيقة بعد الغوص الأصغر.

قد تشير هذه الملاحظة إلى أن تسارع انقباضات القلب ضروري لتحقيق تبادل الغاز التنفسي المرغوب فيه وإعادة ضخه (استعادة تدفق الدم) للأنسجة بين الغطس العميق.

ارتبطت الغطس الليلي قصير الأجل بالاسترخاء ، وبالتالي ، فهي أكثر تميزًا لحالة أقل نشاطًا. يمكن أن تؤدي معدلات ضربات القلب النموذجية التي يتم ملاحظتها مع الغوص الليلي لمدة 5 دقائق (8 نبضة في الدقيقة) والفاصل الزمني المصاحب لمدة دقيقتين (25 نبضة في الدقيقة) معًا إلى معدل ضربات القلب بحوالي 13 نبضة في الدقيقة. هذا الرقم ، كما نرى ، يقترب بشكل مدهش من التنبؤات المحسوبة للنماذج اللومترية.

بعد ذلك ، بنى العلماء ملامح من معدل ضربات القلب والعمق وحجم الرئة النسبي لأربع غوصات منفصلة ، سمح لنا التحليل بتحليل التأثير المحتمل للنشاط البدني والعمق على تنظيم إيقاع القلب.


الصورة رقم 2: ملامح من معدل ضربات القلب والعمق وحجم الرئة النسبي 4 الغوص منفصلة.

أثناء تناول الطعام على أعماق كبيرة ، تُجري الحوت مناورة معيّنة - تفتح فمها بحدة لابتلاع الماء بالعوالق ، ثم تقوم بتصفية الطعام. وقد لوحظ أن معدل ضربات القلب في وقت ابتلاع الماء هو 2.5 مرة أعلى من وقت الترشيح. هذا يشير مباشرة إلى اعتماد معدل ضربات القلب على النشاط البدني.

بالنسبة للرئتين ، فإن تأثيرها على إيقاع القلب أمر غير مرجح للغاية ، حيث لم يلاحظ أي تغيرات مهمة في الحجم النسبي للرئتين خلال الغطس المدروس.

علاوة على ذلك ، في المراحل السفلية للغوصات الضحلة ، ارتبطت زيادة قصيرة الأجل في معدل ضربات القلب بالتحديد مع التغيرات في الحجم النسبي للرئتين ويمكن أن يكون سببها تنشيط مستقبلات امتداد الرئة.

بتلخيص الملاحظات المذكورة أعلاه ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أنه أثناء التغذية على أعماق كبيرة ، هناك زيادة قصيرة في معدل ضربات القلب بمقدار 2.5 مرة. ومع ذلك ، كان متوسط ​​معدل ضربات القلب الذروة أثناء الطعنات في وقت التغذية لا يزال سوى نصف القيمة المتوقعة في الراحة. تتوافق هذه البيانات مع الفرضية القائلة بأن الأقواس الأبهرية المرنة للحيتان الكبيرة تدرك تأثير الخزان أثناء معدل ضربات القلب البطيء أثناء الغوص. بالإضافة إلى ذلك ، أكد نطاق معدل ضربات القلب المرتفع بعد الغمر الفرضية القائلة بأن مقاومة الشريان الأورطي وحمل القلب تنخفض خلال فترة السطح بسبب التدخل المدمر لموجات الضغط الصادرة والمنعكسة في الشريان الأورطي.

يمكن أن يطلق على بطء القلب القوي الذي لاحظه الباحثون نتيجة غير متوقعة للدراسة ، بالنظر إلى التكلفة الهائلة لقوات الحوت للاندفاع أثناء ابتلاع الماء بالعوالق. ومع ذلك ، فإن التكلفة الأيضية لهذه المناورة قد لا تتوافق مع معدل ضربات القلب أو انتقال الأكسجين الحراري ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى قصر مدة التغذية واحتمال تورط ألياف العضلات في حالة انحلال سريع.

أثناء الهجوم ، تتسارع الحيتان الزرقاء بسرعة عالية وتمتص كمية من الماء ، والتي قد تكون أكبر من جسمها. يقترح العلماء أن المقاومة العالية والطاقة اللازمة للمناورة تستنفد بسرعة إمدادات الأوكسجين الكلية في الجسم ، مما يحد من وقت الغمر. من المحتمل أن تتجاوز القوة الميكانيكية اللازمة لامتصاص كميات كبيرة من الماء قوة الأيض الهوائية. لهذا السبب ، خلال هذه المناورات ، كان معدل ضربات القلب ، على الرغم من ارتفاعه ، لفترة قصيرة جدًا.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير العلماء .

خاتمة

واحدة من أهم الاستنتاجات هي أنه بالنسبة لتبادل الغاز و ضخه خلال فترات زمنية قصيرة ، تتطلب الحيتان الزرقاء الحد الأقصى لمعدل ضربات القلب ، بغض النظر عن طبيعة نضوب الأكسجين في الدم والعضلات أثناء الغوص. إذا أخذنا في الاعتبار أن الأفراد الأكبر حجماً من الحيتان الزرقاء يحتاجون إلى استثمار المزيد من العمل لفترة قصيرة من الوقت (وفقًا لفرضيات القياس البصري) ، فإنهم سيواجهون حتماً العديد من القيود الفسيولوجية أثناء الغوص وخلال الفاصل الزمني للسطح. هذا يعني أن حجم أجسامهم محدود تطوريًا ، لأنه إذا كان حجمه أكبر ، فستكون عملية الحصول على الطعام مكلفة للغاية ولن يتم تعويضها عن طريق الطعام المستلم. يعتقد الباحثون أنفسهم أن قلب الحوت الأزرق يعمل إلى الحد الأقصى لقدراته.

في المستقبل ، يخطط العلماء لتوسيع قدرات أجهزتهم ، بما في ذلك إضافة مقياس تسارع من أجل فهم أفضل لتأثير الأنشطة البدنية المختلفة على معدل ضربات القلب. انهم يخططون أيضا لاستخدام جهاز استشعار ECG على الحياة البحرية الأخرى.

كما أظهرت هذه الدراسة ، كونك أكبر مخلوق له أكبر قلب ليس بهذه البساطة. ومع ذلك ، بغض النظر عن حجم السكان البحريين ، وبغض النظر عن النظام الغذائي الذي يلتزمون به ، نحتاج أن نفهم أن سمك الماء الذي يستخدمه الناس في الصيد والإنتاج والنقل لا يزال هو موطنهم. نحن ضيوف فقط ، وبالتالي يجب أن نتصرف وفقًا لذلك.


شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بعطلة نهاية أسبوع رائعة ، شباب! :)

شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية لأصدقائك ، سحابة VPS للمطورين من 4.99 دولار ، خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم على مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 النوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 دولار أو كيفية مشاركة خادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ فقط لدينا 2 من Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6 جيجا هرتز 14 جيجا بايت 64 جيجا بايت DDR4 4 × 960 جيجابايت SSD 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 199 دولار في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 سعة 2 جيجا هرتز 6 جيجا بايت 128 جيجا بايت DDR3 2x960GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 تيرابايت - من 99 دولارًا! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟