Феноменальные возможности сердца тунца

Thunnus orientalis
Thunnus orientalis

Учёные из Манчестерского университета совместно с коллегами из Стэнфордского университета США выяснили, как ценному голубому тунцу (Thunnus orientalis) удаётся поддерживать сердцебиение при таких перепадах температур, которых не может перенести человеческое сердце. Это исследование помогает ответить на важнейшие вопросы о реакции животных на стремительные перепады температур, что особенно важно знать в периоды глобального потепления.

Тихоокеанский голубой тунец (Thunnus orientalis) – сверххищник, известный своими миграциями через Тихий океан. Среди остальных Костных рыб, голубой тунец выделяется тем, что является эндотермным животным. Он способен поддерживать температуру тела на 20°С выше температуры окружающей воды. Также тунец может погружаться на глубину свыше 1000 метров, в гораздо более холодную воду, которая влияет на температуру его сердца.

«Когда тунец погружается в холодную воду, его тело остаётся тёплым, однако температура сердца за считанные минуты снижается на 15°C. Сердце охлаждается, поскольку получает кровь непосредственно из жабр, температура которых соответствует температуре окружающей воды. Такой перепад, без сомнения, оказывает серьёзную нагрузку на сердце, тем не менее, оно продолжает биться. При таком перепаде у большинства других живых организмов сердце бы остановилось», — рассказывает доктор Холли Шилз с факультета медико-биологических наук.

Несоответствие между потребностью тёплых мышц тунца в кислороде и сердечной системой, работающей при температуре воды, долгое время представляло загадку для учёных.

«Тунцы играют важную роль в эволюции Костных рыб», — делится профессор Барбара Блок из Стэнфордского университета. «Их тело, как и наше, эндотермично, но сердце, как и у остальных рыб, функционирует при температуре окружающей среды. Широкое распространение тунца как раз и объясняется способностью поддерживать сердцебиение при погружении в холодные глубокие воды».

Изучая эту проблему, команда учёных, включая доктора Джину Галли с факультета медицинских и гуманитарных наук Манчестерского университета, работала в Центре по изучению и сохранению тунца при Стэнфордском университете – единственном месте на Земле, где исследования проводятся на живых тунцах.

Команда профессора Блока использовала специальные электронные метки для наблюдения за тунцом в естественной среде его обитания: «Эти рыбы появляются на свет в водах Японии, затем, в первый год своей жизни, переплывают океан и оказываются в Калифорнии. Здесь мы помечаем некоторых особей и многие годы наблюдаем за их миграциями. Согласно собранным данным, тунец способен существовать в очень широком диапазоне температур. Учёные из Манчестерского и Стэнфордского университетов работали вместе в течение 20-ти лет, чтобы понять, как сердце этих уникальных рыб адаптируется к таким перепадам температур».

Отслеживая миграции голубого тунца в естественной среде обитания при помощи специальных меток, исследователи измеряли три показателя: глубину, на которой плавает рыба, температуру тела рыбы и температуру окружающей воды. Затем, опираясь на полученные данные, они проводили эксперименты на отдельных клетках сердца тунца, чтобы выяснить, каким образом сердце продолжает биться при резких перепадах температур. Результаты данных исследований опубликованы в научном журнале Proceedings of the Royal Society B.

Доктор Шилз рассказала подробнее об открытиях учёных: «Мы обнаружили, что изменения сердцебиения, вызванные температурой и стимуляцией адреналином, вследствие погружения на глубину, вызывают изменения электрической активности клеток сердца, которые контролируют внутриклеточный обмен кальция, необходимый для сердцебиения. Если человек испытает подобный перепад температур, обмен кальция нарушится и сердце остановится, что приведет к летальному исходу».

Профессор Блок утверждает, что открытие может объяснить причины странного поведения тунцов, которое учёные наблюдали во время исследований: «Мы зафиксировали, как тунцы погружались в холодные воды, а затем резко возвращались в тёплую воду, так называемое «кратковременное погружение». В течение работы в море и в лаборатории, мы выяснили, что сердцебиение тунца замедляется по мере охлаждения и ускоряется после того, как рыба возвращается в тёплую воду. Мы предполагаем, что адреналин, выделяющийся в результате стресса от погружения, играет ключевую роль в поддержании способности сердца снабжать организм кислородом».

Следующим этапом станет исследование других видов рыб с целью определения, способны ли они поддерживать сердцебиение при низких температурах так же, как голубой тунец.

«Мы также проводим исследования сердечной системы голубого тунца и при высоких температурах, чтобы вычислить предел. На сегодняшний день он достигает 28 градусов», — добавляет профессор Блок.

«Наша работа направлена на понимание того, как животные адаптируются к резким изменениям в окружающей среде. Оно дало ясное представление о работе сердечно-сосудистой системы исследуемого вида при резких перепадах температуры. Многое ещё предстоит узнать, особенно учитывая изменения температуры на Земле в последнее время», — заключила доктор Шилз.

——

A. Shiels, G. L. J. Galli, B. A. Block. Cardiac function in an endothermic fish: cellular mechanisms for overcoming acute thermal challenges during diving. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2014; 282 (1800): 20141989

Реакция постоянных читателей:

Заметил ошибку, тык*:

 Orphus

Комментарии Вконтакте:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *