海豚世界的自由潜水冠军

研究人员第一次探索了生理适应性,该适应性使相同种类的海豚的不同种群的潜水能力变化了近1000m。

该研究发表在两项补充研究中 生理学前沿,比较了以捕猎深度不同而闻名的宽吻海豚种群的肺力学和代谢率。使用理论上的气体管理估算,结果支持了一个新的假说,即肺部结构和血流管理允许海豚在防止氮吸收的同时进入肺中的氧气,从而避免出现减压病。

宽吻海豚种群通常在浅海沿岸环境中接近陆地,因此它们的猎物进行的短而浅的潜水深度不到10m。但是,有些人群—例如本研究中的百慕大人—经常潜水至400m的深度,偶尔潜水至1000m的深度,一次在水下停留长达13分钟以寻找食物。

“一个物种如何拥有如此截然不同的生活方式?”这个问题的动机 Andreas Fahlman博士 西班牙巴伦西亚的FundaciónOceanográfic的研究员,他和他的国际团队一起领导了两项研究。“我们想衡量造成这些巨大差异的原因是哪种差异。这使我们能够确定单个物种内的生理变化范围,并了解压力源对这些深潜海豚的威胁。 ”

以前进行过水肺潜水的任何人都将了解减压病,通常称为‘the bends’。潜水结束时过快地浮出水面会导致这种痛苦甚至可能危及生命的状况。氮气气泡迅速膨胀—在潜水过程中会在血液和组织中形成—在上升过程中没有足够的时间从身体自然扩散。

深度潜水时,海豚也有同样的危险。该团队测量了肺的生理和几种深海潜水的宽吻海豚的能量消耗,以了解如何避免这些问题。

在里面 第一次学习,作者将他们的结果与佛罗里达州宽吻海豚短而浅的潜水种群的现有数据进行了比较。深潜海豚具有更大的储氧能力,这使它们能够潜水更长的时间。然而,作者发现浅层和深层潜水人群的肺力学或代谢率没有差异。

“This was unexpected, as past studies have suggested that compression of the lungs was the main adaptation to avoid taking up excessive nitrogen at depth and getting 弯头,” says Fahlman. “浅层和深层潜水员之间的肺部缺乏差异,这表明海豚可以使用其他方式来避免潜水相关的问题。”

这导致研究人员 他们第二次学习,他们估算了浅层和深层潜水生活方式期间不同人群如何管理气体交换。他们使用已知的物种特定参数构建了理论模型,以确定深潜海豚在不遭受不利健康影响的情况下,为达到这些深度需要采取哪些适应措施。该模型建议,在将已知参数与需要多少氧气存储量进行比较时,深潜海豚将超过其计算出的潜水极限。

“结果表明,深潜人群不仅在水面活动期间还需要保持较高的心率,在​​深潜之间的浅潜过程中也要保持较高的心率,以便充分恢复氧气的储存,” says Fahlman. “两次深层觅食潜水之间保持较高的血液流动有助于减少在水面停留的时间并延长恢复时间。另一方面,在深潜期间,海豚将需要引导血流通过肺部塌陷的区域,从而允许氧气和碳交换一些,同时阻止氮交换。因此,海豚可能有一种方法来控制它们吸收的氮水平,从而防止弯曲。”

“这个假设提供了令人兴奋的新研究机会,以了解哺乳动物如何在充满空气的肺部进行深呼吸,而不会遇到人类遇到的任何相关问题,” says Fahlman. “但是,我们的数据集很有限,应该对其他深海豚种群进行进一步的研究,以确定深海豚是否具有相似的生理要求。”

这些出版物中提出的结果可能提供重要的信息,以更好地了解与海洋哺乳动物潜水相关的风险以及人类对其物种生存的影响。

环境的变化可能会改变猎物的分布和可用性,从而导致海豚搜索超出其正常深度范围的猎物。此外,人为的压力,例如不断增加的海洋噪音,声纳暴露或在渔网中的捕获,可能会干扰正常的潜水条件。这可能会影响海豚在深潜后使用的生理适应性,以确保安全地浮出水面,从而增加了与潜水相关的问题(例如减压病)的风险。

“如果我们能够更好地了解我们的影响会如何影响这些物种,那么我们最终可能会改善对这些海豚以及所有海洋哺乳动物的保护工作,” hopes Fahlman.

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