海豚世界的自由潜水冠军

2018年12月28日14:24:16 发表评论
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研究人员首次探索了生理适应性,使不同种类的海豚在潜水能力上的差异达到近1000米。该研究发表在生理学前沿的两项补充研究中,比较了不同狩

研究人员首次探索了生理适应性,使不同种类的海豚在潜水能力上的差异达到近1000米。该研究发表在生理学前沿的两项补充研究中,比较了不同狩猎深度的宽吻海豚种群的肺力学和代谢率。利用气体管理的理论估计,结果支持一个新的假设,即肺结构和血流管理允许海豚接触肺部的氧气,同时防止吸收氮气,从而避免减压病。

在狭窄的沿海环境中,宽吻海豚种群通常位于陆地附近,为猎物进行短距离,浅水深度小于10米的潜水。然而,一些人群 - 例如本研究中的百慕大人口 - 经常潜入深达400米的深度,有时甚至深达1000米,在水下长达13分钟,一口气寻找食物。

“一个物种如何才能拥有如此极端不同的生活方式?”这个问题激发了西班牙瓦伦西亚FundaciónOceanográfic的Andreas Fahlman博士,他与他的国际团队一起领导了这两项研究。“我们想要衡量造成这些巨大变化的差异。这使我们能够确定生理学在一个物种中可以改变的程度,并了解压力因素对这些深潜海豚的威胁。”

任何曾经潜水的人都会知道减压病,通常称为“弯曲”。这种痛苦且可能危及生命的状况是由于在潜水结束时过快浮出水面造成的。氮气泡的快速膨胀 - 在潜水期间在血液和组织中形成 - 没有足够的时间在上升过程中自然地从身体扩散。

潜水深海时,海豚会冒同样的风险。该团队测量了几只瓶颈海豚的肺部生理和能量消耗,这些海豚已经深入了解如何避免这些问题。

在第一项研究中,作者将他们的结果与现有数据进行了比较,这些数据是关于佛罗里达州宽吻海豚短暂的浅潜水种群。深潜海豚具有更大的储氧能力,这使他们能够潜水更长时间。然而,作者发现浅水和深水潜水人群之间的肺力学或代谢率没有差异。

“这是出乎意料的,因为过去的研究表明,压缩肺部是主要的适应措施,以避免在深度吸收过多的氮气并获得弯曲,”Fahlman说。“浅水和深水潜水员之间肺部缺乏差异表明海豚可能会使用其他方法来避免潜水相关的问题。”

这导致研究人员进行了他们的第二项研究,他们估计了不同种群在浅水和深水潜水生活方式中如何管理气体交换。他们使用已知的物种特定参数构建理论模型,以确定深潜海豚在不遭受负面健康影响的情况下需要适应哪些适应深度。该模型表明,当比较已知参数与需要多少氧气储存时,深潜海豚将超过其计算的潜水限制。

“结果表明,潜水人群需要保持较高的心率,不仅在表面间隔期间,而且在深潜之间的浅层潜水期间,以允许充分恢复氧气储存,”Fahlman说。“在深度觅食潜水之间保持血流升高有助于减少在地表上花费的时间并增加恢复时间。另一方面,在深潜期间,海豚需要引导血液流过肺部的塌陷区域,允许一些交换氧气和碳,同时防止氮气交换。因此,海豚可能有办法控制它们吸收的氮水平,从而防止弯曲。“

“这个假设提供了新的和令人兴奋的研究机会,以了解哺乳动物如何在充满空气的肺部潜入极端呼吸而没有人类经历的任何相关问题,”Fahlman说。“但是,我们的数据集是有限的,应该对其他深潜海豚种群进行进一步的研究,以确定是否有类似的深潜的生理要求。”

这些出版物中提供的结果可能提供重要信息,以便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作为物种生存的影响。

环境变化可能会改变猎物的分布和可用性,导致海豚搜寻超出其正常深度范围的猎物。此外,人为压力,如增加海洋噪音,声纳暴露或渔网捕获可能会对正常潜水条件造成干扰。这可能会影响海豚用于确保深潜后安全浮出水面的生理适应性,增加潜水相关问题(如减压病)的风险。

“如果我们能够更好地了解我们的影响如何影响这些物种,我们最终可能会改善这些海豚和所有海洋哺乳动物的保护工作,”Fahlman希望。

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