Вчені з Університету Сент-Ендрюса виявили унікальну здатність сірих тюленів контролювати рівень кисню в крові, що дозволяє їм ефективно регулювати тривалість занурення та запобігати утопленню.
Дихальний механізм представляє собою “систему фізіологічних процесів, які забезпечують надходження кисню до організму та виведення вуглекислого газу”. У наземних ссавців цей механізм характеризується реакцією на накопичення вуглекислого газу, що викликає відчуття потреби в свіжому повітрі. Дослідники з Відділу дослідження морських ссавців Школи біології Університету Сент-Ендрюса вирішили перевірити, чи використовують морські ссавці, зокрема сірі тюлені, інші механізми контролю дихання. Результати дослідження, опубліковані в журналі Science, демонструють принципово новий підхід до розуміння адаптацій морських ссавців.
Експериментальна методологія включала спостереження за шістьма дорослими сірими тюленями в контрольованому середовищі. Тюлені плавали між станцією годування та спеціальною дихальною камерою, де дослідники могли змінювати співвідношення кисню та вуглекислого газу. Оскільки басейн був накритий, тварини могли дихати лише в цій камері.
Експериментальні умови та результати
Дослідники створили чотири різні повітряні суміші для експерименту. Перша містила звичайне атмосферне повітря, друга – подвійну кількість кисню, третя – половину нормальної кількості кисню, а четверта – нормальну кількість кисню, але з концентрацією вуглекислого газу, що перевищувала звичайний рівень у 200 разів.
Ключовим показником реакції тюленів на зміну складу повітря став час їхнього перебування під водою. Результати виявилися надзвичайно показовими. Чим вищою була концентрація кисню в дихальній суміші, тим довше тюлені залишалися під водою. І навпаки, при зниженій концентрації кисню тварини скорочували тривалість занурення. Найважливішим відкриттям стала відсутність впливу підвищеного рівня вуглекислого газу на поведінку тюленів під водою.
Такі результати суттєво відрізняються від реакцій наземних ссавців, включаючи людей. У людському організмі накопичення вуглекислого газу сприймається хеморецепторами, розташованими біля сонних артерій. Це викликає такі симптоми, як запаморочення, відчуття нестачі повітря та паніку, що стимулює дихальну діяльність.
Еволюційні адаптації та їх значення
На основі отриманих даних дослідницька група дійшла висновку, що сірі тюлені розвинули спеціальний механізм моніторингу рівня кисню в крові. Цей механізм функціонує як своєрідна сигнальна система, що повідомляє тваринам про необхідність підняття на поверхню для дихання. Ця адаптація є критичною для виживання в морському середовищі.
Люсі Хоукс і Джессіка Кендалл-Бар, які опублікували супровідну статтю Perspective в тому ж випуску журналу Science, відзначають важливість цього відкриття для розуміння еволюційних адаптацій морських ссавців. Контроль рівня кисню дозволяє тюленям оптимізувати час перебування під водою та ефективніше використовувати кисневі запаси.
Здатність ігнорувати високі концентрації вуглекислого газу також становить значну адаптивну перевагу. Це дозволяє тюленям залишатися під водою довше, ніж якби вони реагували на накопичення вуглекислого газу подібно до наземних ссавців.
Перспективи подальших досліджень
Це дослідження відкриває новий напрямок у вивченні фізіології дихання морських ссавців. Наступним логічним кроком стане ідентифікація конкретних сенсорних механізмів, які дозволяють тюленям відстежувати рівень кисню в крові. Вчені планують дослідити, чи мають інші морські ссавці, такі як кити та дельфіни, подібні адаптації.
Розуміння цих механізмів може також мати прикладне значення для медицини. Вивчення способів контролю дихання у морських ссавців потенційно може допомогти в розробці нових методів лікування респіраторних захворювань людини та покращення дихальної функції в екстремальних умовах.
Крім того, ці знання поглиблюють наше розуміння еволюційних процесів, які дозволили ссавцям успішно адаптуватися до життя у водному середовищі. Вони підкреслюють різноманіття фізіологічних механізмів, що виникли в результаті природного відбору для вирішення однієї з найфундаментальніших проблем життя у воді – збереження доступу до кисню.