Сердце кита: Какого размера сердце у синего кита? Разрушаем устоявшийся миф » BigPicture.ru

Как бьется сердце кита: ученые были в шоке

https://ru.sputnik.kz/20191126/uchenye-puls-zhivotnoe-kit-12130020.html

Ученым впервые удалось измерить пульс самого большого животного

Ученым впервые удалось измерить пульс самого большого животного

Биологи предполагали, что обычно сердце кита производит от пяти до 20 ударов в минуту, но полученные результаты их удивили 26.11.2019, Sputnik Казахстан

2019-11-26T22:45+0600

2019-11-26T22:45+0600

2022-02-01T14:05+0600

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://sputnik.kz/img/836/92/8369200_0:267:3540:2270_1920x0_80_0_0_20b8d23b0dd1b78077350a8a8fa3f1d5.jpg

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

2019

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Новости

ru_KK

Sputnik Казахстан

media@sputniknews. com

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

1920

1080

true

1920

1440

true

https://sputnik.kz/img/836/92/8369200_0:45:3540:2270_1920x0_80_0_0_f3f06d833581a9787561900179045d7c.jpg

1920

1920

true

Sputnik Казахстан

[email protected]

+74956456601

MIA „Rosiya Segodnya“

Sputnik Казахстан

в мире

в мире

НУР-СУЛТАН, 26 ноя – Sputnik. Американские ученые измерили частоту сердечных сокращений у самого большого животного на Земле – синего кита. Для этого биологи использовали специальный датчик, прикрепленный к телу животного.

Морской дьявол попросил людей о помощи — видео

Ученые из Стэнфордского университета смогли приблизиться к киту на надувной лодке в заливе Монтерей в Калифорнии. Они закрепили датчик специальными присосками на левом плавнике млекопитающего. Датчик регистрировал частоту сердечных сокращений синего кита с помощью электродов в течение дня. Когда датчики открепились от плавника морского обитателя, биологи забрали его и расшифровали запись.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщает РИА Новости.

Ученые открыли неожиданные факты о Земле

«Мы понятия не имели, сработает ли это. Мы скептически относились к этому, даже когда увидели данные», — рассказал ведущий автор статьи Джереми Голдбоген (Jeremy Goldbogen).

Он и его коллеги уже использовали этот метод десять лет назад в Антарктиде. Тогда ученые работали с ныряющими пингвинами и небольшими китами. Но установить такие датчики на самое большое животное удалось только сейчас.

Акула напала на дайвера и укусила за голову – видео

Синий или голубой кит — самое большое животное на Земле из когда-либо существовавших. Сердце у млекопитающего тоже самое большое в мире, оно весит около тонны. Ученые предполагали, что обычно оно производит от 5 до 20 ударов в минуту, но до последнего времени измерить реальный пульс у голубого кита не получалось.

Два удара в минуту

Полученные данные показали, что сердце кита может работать в разных режимах. Когда животное ныряет, его сердечный ритм замедляется до четырех-восьми ударов в минуту, достигая иногда минимума — два удара в минуту. При потреблении корма на глубине частота сердечных сокращений увеличивается, но затем опять замедляется. Стабильно нарастает она только при всплытии к поверхности, где кит дышит, восстанавливая уровень кислорода в организме. В этом положении его пульс составляет 25-37 ударов в минуту.

Обнаружен ген внезапной смерти – ученые

Ученые считают, что это абсолютный максимум для животного с такой массой, и в период восстановления сердце кита работает на пределе. Возможно, с этим связано то, что на синих китах остановился рост в размерах у китообразных.

В будущем биологи планируют расширить исследования, добавив новые измерительные приборы, а также применяя свою методику при работе с другими представителями китообразных.

первая в истории кардиограмма синего кита

Сложно спорить с утверждением, что самым ярким воображением обладает именно природа. Каждый из представителей флоры и фауны обладает своими уникальными, а порой даже странными особенностями, которые частенько не укладываются у нас в голове. Взять, к примеру, того же рака-богомола. Это хищное создание способно атаковать жертву или обидчика своими мощными клешнями со скоростью 83 км/ч, а их зрительная система одна из сложнейших когда-либо изученных человеком. Раки-богомолы, хоть и яростные, но не особо крупные — до 35 см в длину. Самым же большим обитателей морей и океанов, как в общем и планеты, является синий кит. Длина этого млекопитающего может достигать более 30 метров, а вес 150 тонн. Несмотря на внушительные габариты, синих китов сложно назвать грозными охотниками, т.к. они предпочитают планктон.

Анатомия синих китов всегда интересовала ученых, желающих лучше понять, как работает столь огромный организм и органы в нем. Несмотря на то, что про существование синих китов мы знаем уже несколько сотен лет (с 1694 года, если точнее), эти гиганты раскрыли далеко не все свои секреты. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором группа ученых из Стэнфордского университета разработала устройство, с помощью которого были получены первые записи сердцебиения синего кита. Как же работает сердце повелителя морей, какие открытия сделали ученые, и почему не может существовать организм больший, чем синий кит? Об этом мы узнаем из доклада исследовательской группы. Поехали.

Герой исследования

Синий кит — самое большое млекопитающее, самый большой обитатель морей и океанов, самое большое животное, самый большой кит. Что тут скажешь, синий кит действительно самый-самый с точки зрения габаритов — длина 33 метра, а вес 150 тонн. Цифры приблизительные, но от того не менее внушительные.

Даже голова этого гиганта заслуживает отдельной строчки в книге рекордов Гиннеса, поскольку занимает порядка 27% от общей длины тела. При этом глаза у синих китов достаточно маленькие, не больше грейпфрута. Если глаза кита вам увидеть будет сложно, то рот вы заметите сразу. Пасть синего кита может вместить до 100 человек (жутковатый пример, но людей синие киты не едят, по крайней мере, намеренно). Большой размер рта обусловлен гастрономическими предпочтениями: киты едят планктон, заглатывая огромные объемы воды, которую потом выпускают через цедильный аппарат, отфильтровывая пищу. При достаточно благоприятных обстоятельствах синий кит поглощает в день порядка 6 тонн планктона.

Другой важной особенностью синих китов являются их легкие. Они способны задерживать дыхание на 1 час и нырять на глубину до 100 м. Но, как и другие морские млекопитающие, синие киты периодически выныривают на поверхность воды, чтобы подышать. Поднявшись на поверхность воды, киты используют дыхало — дыхательное отверстие из двух больших отверстий (ноздрей) на задней части головы. Выдох кита через дыхало часто сопровождается вертикальным фонтаном воды высотой до 10 м. Учитывая особенности места обитания китов, их легкие работают значительно эффективнее наших — легкие кита поглощают 80-90% кислорода, а наши лишь около 15%.

Объем легких составляет порядка 3 тысяч литров, у человека же этот показатель варьируется в районе 3-6 литров.

Модель сердца синего кита в музее в Нью-Бедфорде (США).

Кровеносная система синего кита также полна рекордных параметров. К примеру, сосуды у них просто огромные, диаметр одной только аорты составляет около 40 см. Сердце синих китов считается самым крупным сердцем в мире и весит около тонны. Сердце кита должно прокачивать более 8000 литров крови.

И вот мы плавно подошли к сути самого исследования. Сердце синего кита большое, как мы уже поняли, но бьется оно достаточно медленно. Ранее считалось, что пульс составляет порядка 5-10 ударов в минуту, в редких случаях до 20. Но точных измерений никто не проводил, до сего момента.

Ученые из Стэнфордского университета заявляют, что масштаб в биологии имеет огромное значение, особенно если речь идет об определении функциональных особенностей органов живых существ. Изучение различных существ, от мышей до китов, позволяет определить ограничения по габаритам, которые живой организм не может превысить.

А сердце и сердечно-сосудистая система в целом являются важными атрибутами таких исследований.

У морских млекопитающих, чья физиология полностью адаптировалась к их образу жизни, важную роль играют адаптации, связанные с нырянием и задержкой дыхания. Было установлено, что у многих таких существ во время погружения частота сердечного ритма снижается до уровней, ниже состояния покоя. А поднявшись на поверхность, ритм сердца становится более учащенным.

Пониженное сердцебиение во время погружений необходимо для снижения скорости доставки кислорода в ткани и клетки, тем самым замедляется процесс истощения кислородных запасов в крови и снижая потребление кислорода самим сердцем.

Существует гипотеза, что упражнения (т.е. повышенная физическая активность) модулируют реакцию на погружение и увеличивают частоту сердечных сокращений во время погружения. Эта гипотеза особенно важна для исследования синих китов, так как ввиду особого метода питания (резкого выпада для заглатывания воды) скорость метаболизма, в теории, должна превышать базовые значения (состояние покоя) в 50 раз.

Предполагается, что такие выпады ускоряют истощение кислорода, следовательно, снижая продолжительность погружения.

Повышенная частота сердечного ритма и повышенная передача кислорода от крови к мышцам во время выпада могут играть важную роль из-за метаболических затрат во время такой физической активности. Кроме того, стоит учитывать и низкую концентрацию миоглобина* (Mb) у синих китов (в 5-10 раз ниже, чем у других морских млекопитающих: 0.8 г Mb на 100 г-1 мышцы у синих китов и 1.8-10 г Mb у других морских млекопитающих.

Миоглобин* — кислородосвязывающий белок скелетных мышц и мышцы сердца.

Как вывод, физическая нагрузка, глубина погружения и волевой контроль изменяют частоту сердечных сокращений во время погружения через вегетативную нервную систему.

Дополнительным фактором снижения частоты сердечного ритма может быть и сжатие/расширение легких во время погружения/всплытия.

Таким образом, частота сердечных сокращений в течение погружения и во время пребывания на поверхности напрямую относится к моделям артериальной гемодинамики.

Финвал

Ранее проведенное исследование биомеханических свойств и размеров стенок аорты у финвала (Balaenoptera physalus) показало, что во время погружений при частоте сердечных сокращений ≤10 уд/мин дуга аорты реализует эффект резервуара (Windkessel effekt), который поддерживает кровоток в течение длинных

диастолических периодов* между сердечными сокращениями и уменьшает пульсацию кровяного потока в жесткую дистальную аорту.

Диастола* (диастолический период) — период расслабления сердца между сокращениями.

Все вышеописанные гипотезы, теории и умозаключения должны иметь материальные доказательства, то есть быть подтверждены или опровергнуты на практике. Но для этого нужно провести электрокардиографию свободно передвигающемуся синему киту. Простые методы тут не сработают, потому ученые создали свой прибор для электрокардиографии.

Видео, в котором исследователи вкратце рассказывают о своем труде.

ЭКГ кита регистрировалась с использованием изготовленного на заказ регистратора ЭКГ, встроенного в специальную капсулу на 4 присосках. Поверхностные электроды ЭКГ были встроены в две из присосок. Исследователи отправились на лодке в залив Монтерей (Тихий океан, рядом с Калифорнией). Когда ученым наконец повстречался синий кит, всплывший к поверхности воды, они прикрепили к его телу (рядом с левым плавником) ЭКГ-регистратор. По ранее собранным данным данный кит является самцом в возрасте 15 лет. Важно отметить, что данное устройство является неинвазивным, то есть не требует внедрения в кожу животного каких-либо датчиков или электродов. То есть для кита эта процедура совершенно безболезненна и с минимальным стрессом от контакта с людьми, что также крайне важно, учитывая, что снимаются показания сердцебиения, которые могли бы быть искажены ввиду стресса. В результате была получена 8.5-часовая ЭКГ запись, по которой ученые смогли построить профиль сердечного ритма (изображение ниже).

Изображение №1: профиль сердечного ритма синего кита.

Форма ЭКГ сигнала была аналогична той, которая была записана у мелких китов в неволе с помощью того же устройства. Поведение кита во время поисков пищи было вполне обычным для его вида: погружение в течение 16.5 минут до глубины 184 м и поверхностные интервалы от 1 до 4 минут.

Профиль сердечного ритма, в соответствии с сердечно-сосудистым ответом на погружение, показал, что частота сердечных сокращений от 4 до 8 ударов в минуту преобладала в нижней фазе погружений при поиске пищи, независимо от продолжительности погружения или максимальной глубины. Частота сердечных сокращений при погружении (рассчитывается по всей продолжительности погружения) и минимальная мгновенная частота сердечных сокращений во время погружения снижались с продолжительностью погружения, тогда как максимальная поверхностная частота сердечных сокращений после погружения увеличивалась с продолжительностью погружения. То есть, чем дольше кит был под водой, тем медленнее билось сердце во время погружения и тем быстрее после всплытия.

В свою очередь, аллометрические уравнения по млекопитающим утверждают, что кит весом 70000 кг имеет сердце весом 319 кг, а его ударный объем (объем крови, выбрасываемый за удар) равен около 80 л, следовательно, частоту сердечных сокращений в покое должна быть 15 уд/мин.

Во время нижних фаз погружений мгновенная частота сердечных сокращений составляла от 1/3 до 1/2 от прогнозируемой частоты сердечных сокращений в покое. Однако ритм сердца возрастал на этапе всплытия. В поверхностных интервалах частота сердечных сокращений примерно в два раза превышала прогнозируемую частоту сердечных сокращений в покое и преимущественно варьировалась от 30 до 37 ударов в минуту после глубоких погружений (> 125-метровой глубины) и от 20 до 30 ударов в минуту после более мелких погружений.

Данное наблюдение может говорить о том, что ускорение сердечных сокращений необходимо для достижения нужного дыхательного газообмена и реперфузии (восстановление тока крови) тканей между глубокими погружениями.

Неглубокие кратковременные ночные погружения были связаны с отдыхом и, следовательно, более характерны для менее активного состояния. Типичные частоты сердечных сокращений, наблюдаемые при 5-минутном ночном погружении (8 ударов в минуту) и сопровождающем его 2-минутном поверхностном интервале (25 ударов в минуту), могут в совокупности привести к тому, что ритм сердца будет порядка 13 ударов в минуту. Эта цифра, как мы можем видеть, удивительно близка к расчетным предсказаниям аллометрических моделей.

Далее ученые построили профили частоты сердечных сокращений, глубины и относительного объема легких 4 отдельных погружений, анализ которых позволил изучить потенциальное влияние физической активности и глубины на регуляцию сердечного ритма.

Изображение №2: профили частоты сердечных сокращений, глубины и относительного объема легких 4 отдельных погружений.

Во время употребления пищи на больших глубинах кит совершает определенный маневр выпада — резко раскрывает пасть для заглатывания воды с планктоном, а потом отфильтровывает пищу. Было замечено, что частота сердечных сокращений в момент заглатывания воды в 2.5 раза выше, чем в момент фильтрации. Это прямо говорит о зависимости ритма сердца от физической нагрузки.

Что касается легких, то их влияние на сердечный ритм крайне маловероятно, так как не было замечено значительных изменений относительного объема легких во время рассматриваемых погружений.

При этом в нижних фазах неглубоких погружений кратковременное увеличение частоты сердечных сокращений было связано именно с изменениями относительного объема легких и могло быть вызвано активацией рецептора растяжения легких.

Суммируя вышеописанные наблюдения, ученые пришли к выводу, что во время кормления на больших глубинах наблюдается непродолжительное увеличение частоты сердечных сокращений в 2.5 раза. Тем не менее, средняя пиковая частота сердечных сокращений во время выпадов в момент кормления все еще составляла лишь половину прогнозируемой величины в покое. Эти данные согласуются с гипотезой о том, что гибкие дуги аорты крупных китов реализуют эффект резервуара во время медленного сердечного ритма в период погружения. Помимо этого, диапазон более высоких сердечных сокращений в период после погружения подтвердил гипотезу о том, что импеданс аорты и нагрузка на сердце снижаются в течение поверхностного интервала из-за деструктивного вмешательства исходящих и отраженных волн давления в аорте.

Сильную брадикардию, которую наблюдали исследователи, можно назвать неожиданным результатом исследования, учитывая колоссальные затрата сил кита на маневр выпада во время заглатывания воды с планктоном. Однако, метаболические затраты этого маневра могут не соответствовать частоте сердечных сокращений или конвективному транспорту кислорода отчасти из-за короткой продолжительности кормления и возможного привлечения гликолитических, быстро сокращающихся мышечных волокон.

Во время выпада синие киты разгоняются до высокой скорости и поглощают объем воды, который может быть больше их собственного тела. Ученые предполагают, что высокое сопротивление и энергия, необходимая для маневра, быстро истощают общие запасы кислорода в организме, чем ограничивают время погружения. Механическая сила, необходимая для поглощения больших объемов воды, вероятно, намного превышает аэробную метаболическую силу. Именно потому во время совершения таких маневров частота сердечных сокращений хоть и увеличивалась, но на очень непродолжительное время.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог

Одним из важнейших выводов является то, что для обмена газа и реперфузии во время коротких поверхностных интервалов синим китам требуется почти максимальная частота сердечных сокращений, независимо от характера истощения запасов кислорода в крови и мышцах во время погружений. Если же учесть, что более крупные особи синих китов для получения пищи должны вкладывать больше труда за меньший период времени (в соответствии с гипотезами аллометрии), то они неминуемо сталкиваются с несколькими физиологическими ограничениями как в течение погружения, так и во время поверхностного интервала. А это означает, что эволюционно размер их тела ограничен, так как будь оно больше, то процесс получения пищи был бы очень затратным и не компенсировался бы полученной пищей. Сами исследователи считают, что сердце синего кита работает на пределе своих возможностей.

В дальнейшем ученые планируют расширить возможности своего устройства, в том числе добавить акселерометр, чтобы лучше понимать влияние разной физической активности на сердечный ритм. Также они планируют применить свой ЭКГ-датчик на других морских обитателях.

Как показало это исследование, быть самым большим существом с самым большим сердцем — не так и просто. Тем не менее, каких бы габаритов не были морские обитатели, какой бы диеты они не придерживались, нам необходимо понимать, что толща воды, которая используется человеком для промысла, добычи и транспортировки, остается их домом. Мы же лишь гости, а потому должны вести себя соответствующе.

Пятничный офф-топ:

Редкие кадры, на которых синий кит демонстрирует вместительность своего рта.

Еще одним великаном морей является кашалот. В данном видео ученые с помощью дистанционно управляемого ROV Hercules на глубине 598 метров засняли любопытного кашалота.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! 🙂

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Самое большое сердце в животном мире принадлежит синему киту – Ученые-киты

В начале этого года мы говорили о синем ките (Balaenoptera musculus ). Сегодня мы хотели глубже погрузиться в особую часть их гигантской анатомии: их сердце! Неудивительно, что у синих китов огромное сердце, поскольку они являются одними из самых больших животных, когда-либо существовавших. Эти органы не только огромны и эффективны, но и служат важной экологической цели даже после смерти. Сердце синего кита может быть 5 футов в высоту (1,5 м), весить более 400 фунтов (200 кг) и иметь трубки такого же размера, как в спортивном зале для маленьких детей!

Инфографика предоставлена ​​Анаис Ремили

Как работает это большое сердце?

Синие киты — один из многих видов, которые сезонно мигрируют в поисках места кормления или размножения. Они могут преодолевать тысячи миль. Во время путешествий им также может понадобиться нырять для защиты. Этим нежным гигантам нужны большие, мощные мускулы и органы, чтобы совершать такие подвиги.

По сравнению со средней частотой сердечных сокращений человека, составляющей 60–100 ударов в минуту, частота сердечных сокращений синего кита может варьироваться от 2–10 ударов в минуту при погружении до 25–37 ударов в минуту на поверхности. Частота сердечных сокращений синего кита также на удивление «эластична»; он заметно медленнее во время глубоких погружений. Более низкая частота сердечных сокращений помогает киту сохранять уровень кислорода в крови и поддерживать работу жизненно важных органов.

Большое мускулистое сердце синего кита поддерживает кровоток при повышении давления в глубоких водах. Нужны чрезвычайно мощные мышцы, чтобы прокачать 10 тонн крови через огромное тело на такой большой глубине. Исследователи считают, что медленно сокращающаяся аорта (артерия, которая перемещает кровь к остальным частям тела) отвечает за эффективность сердечного ритма синего кита. В отличие от простого открывающегося и закрывающегося клапана (как у нас, людей), эластические сокращения могут позволить крови течь между ударами сердца. Это невероятно эффективный способ сэкономить энергию во время дайвинга.

Со временем будет проведено больше исследований физиологии синего кита, но то, что мы знаем на данный момент, весьма увлекательно!

Синий кит — Фото: Майкл «Майк» Л. Бэрд bairdphotos.com

Большое сердце матери телят в течение первого года или около того их жизни. Самки синих китов рожают каждые 2-3 года, а это значит, что популяция растет медленно. Из-за этого телята должны быть хорошо защищены, пока они не смогут постоять за себя. Матерям нужно время, чтобы научить своих детей навыкам, которые им понадобятся, чтобы выжить в будущем, например, избегать хищников.

Богатое питательными веществами сердце стало мишенью голодных хищников.

К сожалению, большие размеры китов не могут защитить их от всех угроз. В недавнем исследовании было подтверждено, что косатки активно охотятся и убивают взрослых синих китов. В одной из наблюдаемых охот участвовало дюжина косаток, а около 50 особей наслаждались пиршеством в течение примерно 6 часов после гибели синего кита. Косатки напали на голову гиганта во время пира, чтобы съесть язык. Нет фотосвидетельств того, что косатки питаются непосредственно сердцем, но можно предположить, что это так, учитывая, что сердце невероятно богато питательными веществами.

Взрослая самка питается языком синего кита у залива Бремер (Австралия) — Фото: Джон Доу, взято из статьи Тоттерделла и др.

Что происходит с сердцем после смерти кита?

После смерти киты часто падают на глубину, где их тела становятся источником пищи и убежищем для изголодавшихся по свету существ глубин. Известное как падение кита, богатое белком сердце, наряду с другими органами этого гигантского кита, поддерживает жизнь и добавляет столь необходимые питательные вещества в окружающую экосистему. Это еще один пример того, как связаны разные части морской среды. Следовательно, выживание синих китов и любое воздействие, угрожающее балансу их экосистемы, может иметь серьезные последствия для всего морского мира.

Источники и дополнительная литература

• Goldbogen, J. A., et al. «Экстремальная брадикардия и тахикардия у самого большого животного в мире». Proceedings of the National Academy 
• Totterdell, John A., et al. «Первые три записи об убийстве и поедании косатками (Orcinus orca) голубых китов (Balaenoptera musculus)». Наука о морских млекопитающих .
• Подкаст Speak Up For Blue. В целом, отличная новость о науке об океане и новостях об охране окружающей среды.

Хотите почитать о другом рорке? Посмотрите этот пост на Sei Whale!

Брианна Мэлони

Брианна имеет опыт работы в области морской биологии и в настоящее время работает бортовым матросом/преподавателем в Морском институте Лос-Анджелеса (LAMI). Ее исследовательские интересы включают сохранение океана, особенно в открытом море и полярных регионах, а также выявление вокализации морских млекопитающих в глобальном звуковом ландшафте. Она увлечена музыкой и не может писать без кофе.

Послушайте сердцебиение синего кита, самого большого животного в мире

Сердце этрусской землеройки, одного из самых маленьких млекопитающих в мире, бьется невероятно быстро — до 1500 раз в минуту, или 25 раз в секунду. Человеческое сердце, по сравнению с ним, работает вяло, сокращаясь всего от 60 до 100 раз в минуту.

Сердце синего кита, самого большого животного из когда-либо живших. Эти морские гиганты могут быть длиннее двух школьных автобусов, а их сердца размером примерно с двухместное кресло и весом более 1000 фунтов бьются всего два раза в минуту.

Если бы вы приставили огромный стетоскоп к груди синего кита под водой, это могло бы звучать примерно так.

Этот клип был создан с использованием реальных данных, которые ученые собрали несколько лет назад у синего кита в заливе Монтерей, Калифорния. Сердце билось медленно, когда животное ныряло, но когда оно выныривало на поверхность, чтобы дышать, частота резко возрастала, достигая 37 ударов в минуту.

За последние несколько лет ученые научились слушать сердцебиение диких китов. Они не заинтересованы в проверке жизненно важных органов этих животных как таковых, а пытаются ответить на один из самых фундаментальных вопросов биологии: насколько большими могут быть животные на Земле?

Измерение частоты сердечных сокращений синих китов, которые крупнее динозавров, показало, что размер тела может быть ограничен размером сердца. А с помощью более совершенных инструментов мониторинга это также может помочь ученым защитить этих морских гигантов от одной из самых загадочных угроз океана.

Синий кит, самое большое животное на Земле, в Калифорнийском заливе. Даниэль Конде / Getty Images

Как синие киты стали такими большими?

Короткий ответ: еда. Несколько миллионов лет назад синие киты эволюционировали, чтобы поедать крошечных ракообразных, называемых крилем, которых в течение части года очень много в некоторых прибрежных районах. Вся эта пища может подпитывать большое тело, и, будучи крупными, эти животные могли делать большие глотки криля и эффективно плавать от одного буфета криля к другому.

Но что интересно, в океане достаточно криля и других водных тварей, чтобы киты были даже больше . Еда сама по себе, по-видимому, не ограничивает потенциальный размер тела китов, сказал Макс Чапанский, научный сотрудник Стэнфордского университета, изучающий морских млекопитающих. «Должно быть что-то в их телах, что мешает им стать еще больше», — сказал он.

Ответ, подозревают ученые, может лежать в сердце.

Сердце синего кита, консервированное с помощью технологии пластинации, при которой вода и жир заменяются пластиком. Бернд Сеттник/альянс фото через Getty Images

Киты задерживают дыхание, питаясь крилем, который, как правило, скапливается под водой на сотни футов. Это приводит к накоплению углекислого газа в их крови. Когда эти морские млекопитающие возвращаются на поверхность, чтобы дышать, их сердца быстро бьются, избавляя их тела от CO2 и заменяя его свежим кислородом, чтобы они могли нырнуть обратно и продолжить поиск пищи.

Большие сердца бьются медленнее, и им требуется больше времени, чтобы пополнить запасы кислорода в организме. Это означает, что киты должны проводить больше времени на поверхности, переводя дыхание, что съедает драгоценное время, которое у них есть, чтобы питаться сезонным ресурсом, таким как криль. Слишком большое сердце, и у этих бегемотов может не хватить времени на еду.

Если размер сердца каким-то образом ограничивает китов, эти органы теоретически должны работать на максимальной скорости, когда животные всплывают на воздух. Это то, что хотели выяснить ученые, когда в 2018 году намеревались измерить сердцебиение синего кита9.0005

Fitbits для китов

Существует множество способов измерить частоту сердечных сокращений: от простых стетоскопов до носимых устройств, таких как Fitbits и Apple Watch. Измерить кита намного сложнее.

Эти животные покрыты толстым слоем жира и ныряют вниз на несколько сотен футов, где давление огромно. Даже если монитор сердечного ритма работает в этих условиях, ученым нужно найти кита, прикрепить устройство и достать его.

Только в 2018 году ученым удалось это сделать. В конце лета калифорнийские исследователи находились в заливе Монтерей, изучая большую группу синих китов. 900:05 Исследователи из Монтерей-Бей, Калифорния, помещают датчик на присоске на синего кита. Лаборатория Голдбогена/Лаборатория морской робототехники и дистанционного зондирования Герцога; Разрешение NMFS 16111

На надувной исследовательской лодке исследователи подошли к одному из них и с помощью 20-футового шеста воткнули за его левый плавник специализированный датчик ЭКГ. Кит спустился, а через несколько часов устройство всплыло обратно на поверхность, где исследователи смогли его достать.

Датчик ЭКГ, измеряющий электрические сигналы, записывал сердцебиение животного в течение нескольких часов. Вот откуда взялся приведенный выше видеоклип: Джессика Кендалл-Бар, морской ученый и художник, не участвовавшая в исследовании, превратила сегмент данных сердцебиения в аудиофайл, которым она поделилась с Vox.

Но у этого подхода есть несколько серьезных недостатков, сказал Чапанский, который был соавтором статьи 2019 года, основанной на исследовании ЭКГ. «Частота отказов действительно высока», — сказал он, отметив, что соленая вода часто мешает работе электрических датчиков.

Вот почему ученые искали другие подходы. В статье, опубликованной Чапанским в мае, он показал, что устройство, называемое акселерометром, которое измеряет движение животного, также может определять пульс сердца.

Макс Чапанский, докторант Стэнфордского университета, устанавливает датчик на горбатого кита в сентябре 2021 года. Эллиот Хейзен

Каждый раз, когда сердце кита бьется, оно выбрасывает волну крови, которая заставляет его тело слегка дрожать (немного отличается от того, как шланг отскакивает, когда вы открываете кран). Когда кит неподвижен, акселерометры могут уловить эти тонкие движения.

Подобно датчику ЭКГ, акселерометры работают, только если они привязаны к киту. Но у этих устройств есть большое преимущество: ученые помещают их на китов уже около 20 лет для измерения других вещей, сказал Чапанский, а это означает, что уже есть много потенциальных данных о частоте сердечных сокращений, которые просто необходимо проанализировать.

Что можно узнать по бьющемуся сердцу кита

Данные о частоте сердечных сокращений синего кита показывают, что эти животные по существу имеют две разные частоты сердечных сокращений. Один из них медленный, как клип, который вы слышали выше; это когда кит ныряет и пытается сохранить кислород. Другой быстрый, когда кит снова на поверхности, и его сердце бьется, чтобы пополнить запасы кислорода.

Как подозревали исследователи, именно там, на поверхности, крупное тело может стать проблемой.

Данные ЭКГ показывают, что один удар сердца синего кита занимает около 1,8 секунды, а это означает, что его сердце может биться примерно 33 раза в минуту. Но когда кит отдышался, его сердце билось немного выше этого числа. Это говорит о чем-то важном: сердце синего кита работает на «максимальной производительности», сказал Чапанский, и оно буквально не может биться быстрее.

Синий кит извергает воду в Калифорнийском заливе. Джерард Соури / Getty Images

Но какое это имеет отношение к ограничениям размеров тела? Если бы кит был больше, ему понадобилось бы больше сердца и на больше еды. Но, опять же, сердце большего размера будет биться медленнее и потребует от животного проводить больше времени на поверхности, что даст киту меньше времени на поиски криля. Таким образом, если бы они были крупнее, эти животные, вероятно, не смогли бы потреблять достаточно пищи, чтобы поддерживать свои неуклюжие фигуры.

Вот почему Чапанскому трудно представить даже гипотетическое животное, эволюционировавшее до размеров синего кита. Эти животные живут в среде с огромным количеством пищи, но их тела ограничивают скорость ее потребления. Если не появится новый и массивный источник пищи, богатой питательными веществами, или животное не разовьет совершенно новую и эффективную физиологию, синий кит может быть не только самым большим животным, которое когда-либо жило, но и самым большим животным, и точка.

В любом случае это теория.

Стоит отметить, что может быть несколько других факторов, ограничивающих размер тела, таких как распределение и сезонная численность криля, сказал Джереми Голдбоген, доцент Стэнфордского университета и ведущий автор исследования ЭКГ 2019 года. Также остаются открытыми вопросы об экологии синих китов, например, сколько времени они тратят на кормление. И здесь, скорее всего, пригодятся дополнительные исследования и данные акселерометра Чапанского.

Разгадка тайны выброса китов на мель

Оснащение китов датчиками сердечного ритма также может принести пользу животным. Точно так же, как Apple Watch обнаруживают учащенное сердцебиение, когда мы нервничаем или напуганы, датчики на китах могут определять, когда эти животные находятся под принуждением.

Эти устройства могли бы даже помочь разгадать непреходящую тайну выброшенных на берег китов, сказал Дэйв Хаас, морской ученый и соучредитель FaunaLabs, компании, которая разрабатывает устройства, подобные Fitbit, для китов, дельфинов и других животных.

Каждый год тысячи китов выбрасываются на берег, и до сих пор ученые не знают, почему. По крайней мере, в некоторых случаях выбрасывание на мель связано с военно-морской деятельностью, что заставляет некоторых ученых подозревать, что гидролокатор может мешать навигации некоторых китов и дельфинов.

«Если мы сможем измерить их физиологию, мы сможем увидеть в реальном времени, как эти сигналы влияют на их сердечный ритм», — сказал Хаас.

С помощью мониторов сердечного ритма ученые смогут определить, что вызывает стресс у китов, и даже протестировать возможные решения. По словам Хааса, в лучшем случае незначительное изменение частоты или интенсивности звука, издаваемого судами, может оказаться менее опасным для китов. По словам Хааса, морские группы, такие как ВМС, которые финансируют исследования того, как киты реагируют на гидролокатор, могут согласиться на эти корректировки.

«Это может иметь большие последствия для сохранения», — сказал Хаас.

Таким образом, подслушивание сердцебиения китов замыкает цикл: оно учит нас тому, насколько уникальны эти животные — насколько уникальна их анатомия в животном мире.