Hoe Penguins & Seals Deep Dives Overleven

{h1}

Jessica meir gaat naar extreme omgevingen om te leren hoe zoogdieren en vogels gedijen in omstandigheden die mensen niet kunnen verdragen.

Dit artikel achter de schermen werd aan WordsSideKick.com gegeven in samenwerking met de National Science Foundation.
Mijn belangrijkste onderzoeksinteresse is fysiologie in extreme omgevingen, vooral die met lage niveaus van zuurstof.

Dieren die gedijen in een dergelijke "hypoxische" omgeving zijn ideale soorten om te onderzoeken hoe hun fysiologie reageert. Bovendien kan het bestuderen van aanpassingen aan hypoxie bij dieren op grote hoogte, tijdens winterslaap of in duikomgevingen inzicht bieden in het begrijpen en behandelen van medische problemen bij de mens, zoals een hartaanval en een beroerte.
Mijn recente Ph.D. proefschrift gericht op de duikfysiologie van enkele van de meest talentvolle duikdieren: keizerspinguïns en zeeolifanten. Keizerspinguïns kunnen in één adem bijna 30 minuten duiken en de recordduik van een noordelijke zeeolifant is bijna twee uur!
Beide soorten kunnen tot grote diepten duiken - meer dan 1.500 voet voor de keizerspinguïn - en bijna 5.000 voet (bijna een mijl!) Voor de zeeolifant. Het is goed gedocumenteerd dat dieren die goed kunnen duiken een verbeterde zuurstofopslagcapaciteit in hun lichaam hebben, een prestatie die wordt bereikt door verhoogde bloedvolumes en hogere niveaus van de eiwitten die zuurstof in het bloed en de spieren transporteren (hemoglobine en myoglobine).
In het lab van mijn scriptieadviseur, Paul Ponganis van de Scripps Institution of Oceanography bij UC San Diego, gebruiken we verschillende benaderingen om te bestuderen hoe deze dieren hun zuurstofopslag beheren om zulke buitengewone duiken te bereiken.
In Antarctica hebben we de Penguin Ranch opgezet op het zee-ijs van McMurdo Sound. Tijdens onze studie hebben we op onze camping twee duikopeningen in het ijs geboord, zodat de keizerspinguïns vrij kunnen duiken in de oceaan beneden.
In Noord-Californië bestuderen we zeeolifanten terwijl ze op zee duiken. We gebruiken rugzakachtige recorders op deze dieren om hun fysiologische reacties tijdens het duiken te documenteren.
Ons werk, gefinancierd door de National Science Foundation (NSF), heeft buitengewone fysiologische reacties en aanpassingen onthuld die bijdragen aan het duikvermogen van deze dieren.
Een onderzoek bracht bijvoorbeeld aan het licht dat duikende keizerspinguïns een significant lagere hartslag hebben dan hun hartslag in rust. Tijdens de indrukwekkende 18-minuten durende duik van één keizerpinguïn daalde de hartslag tot drie slagen per minuut, met een snelheid van zes slagen per minuut die gedurende vijf minuten gedurende de duik duurde. Omdat de hartslag een zeer goede indicatie is van de hoeveelheid zuurstof die wordt gebruikt, komt de verlaagde hartslag tijdens het duiken overeen met het behoud van zuurstof, waardoor de dieren langer kunnen duiken.
Om zuurstofverarming direct inzichtelijk te maken, hebben we tijdens de duik ook de zuurstofniveaus in het bloed gemeten met behulp van een zuurstofelektrode. Deze elektrode meet continu de hoeveelheid zuurstof in het bloed, documenteert de snelheid en mate van zuurstofuitputting tijdens de duik en geeft ons kennis van hoe deze dieren hun zuurstofopslag beheren.
Zowel keizerspinguïns als zeeolifanten kunnen uitzonderlijk lage zuurstofconcentraties in hun bloed verdragen, ver onder de grenzen van mensen en andere dieren. Dit helpt hen bij het efficiënt beheren van zuurstof en draagt ​​bij aan hun vermogen om te duiken en voedsel te verkrijgen. Gecombineerd met hun verbeterde zuurstofopslag, andere fysiologische reacties zoals verlaagde hartfrequenties en factoren zoals zwemstijlen en hun hydrodynamische lichaamsvorm, zijn deze dieren goed aangepast om te bloeien in onderwateromgevingen.
Nu dat ik mijn Ph.D. werk met duikende dieren, ik ga aan de slag met studies met een andere opmerkelijke soort: de hoogvliegende gans met een barhoofd. Deze vogel bereikt de buitengewone prestatie van het vliegen direct over het Himalaya-gebergte tijdens zijn semi-jaarlijkse migratie van overwinteringsgebieden in India naar broedplaatsen in Tibet.
Hoewel andere trekvogels alternatieve, lagere hoogtewegroutes gebruiken door bergpassen, zijn koppels van deze uitzonderlijke hoogvliegende ganzen waargenomen boven de toppen van Mt. Everest (29.000 voet) en Annapurna I (26.500 voet). Oefening op deze hoogtes tijdens de migratie kan worden voltooid in een enkele non-stop vlucht, zonder rekening te houden met acclimatisatie, vliegen van bijna zeeniveau in India naar hoogten van bijna 9.000 meter in minder dan één dag.
Zuurstofniveaus op deze hoogte zijn slechts ongeveer een vijfde van dat op zeeniveau, maar de roerkop met gendels verhoogt het zuurstofverbruik tijdens de vlucht 10- tot 20-voudig. Vogels zijn over het algemeen meer tolerant ten opzichte van grote hoogte dan zoogdieren, maar een aanhoudende vlucht met deze verlaagde zuurstofniveaus is zeker uitzonderlijk.
Het doel van dit project is om de fysiologische aanpassingen in deze soort te onderzoeken, met als overkoepelend doel het begrip van weefsel- en cellulaire hypoxietolerantie in een dier dat specifiek is geëvolueerd om de prestaties bij hypoxie te handhaven.
Met de steun van een NSF International Research Fellowship, zal ik dit werk in de herfst van 2009 initiëren in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van British Columbia in Vancouver, Canada. We zullen tijdens de vlucht het zuurstoftransport van het ademhalingssysteem naar het weefsel onderzoeken in de ganzenkop, met speciale aandacht voor de bevalling naar het hart.
De volgende natuurlijke vraag na het documenteren van wat deze indrukwekkende fysiologische reacties in een van deze soorten zijn, is natuurlijk om te vragen hoe ze worden bereikt.We zullen ingaan op de mechanismen van hypoxietolerantie in het hart van de barre hoofdgans met behulp van een verscheidenheid aan fysiologische, morfologische en intracellulaire benaderingen.
Dit werk kan ook aanwijzingen geven over aanpassingen in deze dieren die in de toekomst baat kunnen hebben bij mensen. Verdraagzaamheid voor hypoxie heeft bijvoorbeeld implicaties voor betere methoden voor het oogsten en bewaren van organen voor transplantatie en de behandeling van hartaanvallen en patiënten met een beroerte.
Deze dieren weerstaan ​​op de een of andere manier ernstig lage niveaus van zuurstof in het bloed en weefsels die catastrofaal zijn voor mensen. De kwestie van reperfusiebeschadiging - weefselschade veroorzaakt door zuurstofvrije radicalen wanneer de bloedstroom hervat wordt naar een orgaan waaraan bloed is ontnomen - is ook relevant. Dit is van toepassing op verschillende kwesties in de menselijke geneeskunde, hoewel duikdieren immuun lijken voor dergelijke problemen.
Een volledig begrip van de fysiologie van deze organismen is ook essentieel voor het interpreteren van hun rol binnen ecosystemen. Dergelijke kennis heeft duidelijke ecologische en instandhoudingsimplicaties en is vooral relevant in het licht van de wereldwijde klimaatverandering.

  • Video: leven met pinguïns
  • Wetenschappers verbaasd door Extreme Penguin duiken
  • Zeehonden bedraad om diepzeegegevens te verzamelen

Opmerking van de uitgever: Dit onderzoek werd gesteund door de National Science Foundation (NSF), de federale instantie die belast is met de financiering van fundamenteel onderzoek en onderwijs op alle gebieden van wetenschap en techniek. Zie het archief achter de schermen.


Video Supplement: How to Draw Beanie Boo Penguin easy Step by Step Christmas Special.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com