Истощение кислорода в мышцах запускает переход к анаэробному метаболизму у ныряющих императорских пингвинов
Императорские пингвины совершают погружения, длящиеся до 20 минут. Считается, что они переходят через так называемый «аэробный предел погружения» (когда в крови появляется лактат и начинается анаэробный метаболизм) примерно через 5.6 минут после начала нырка, когда истощается один из трех запасов кислорода: в крови, легких или мышцах (миоглобин).
Ранее измерения показали, что после длительных погружений в крови и легких пингвинов еще остается кислород. Это указывало на мышцы как на потенциальный триггер перехода.
Эксперимент в Антарктике
Группа ученых во главе с Кассондрой Уильямс (Scripps Institution of Oceanography) отправилась в Антарктику, чтобы впервые измерить уровень кислорода в мышцах пингвинов во время реальных погружений.
- Они разработали и хирургически имплантировали в грудные мышцы (pectoralis) пингвинов спектрофотометры ближнего инфракрасного диапазона.
- На спины животных крепили регистраторы глубины и времени.
- Пингвинов выпускали на кормежку через изолированную прорубь, гарантируя их возвращение.
Результаты и открытия
Из 50 успешно записанных погружений 31 превысил расчетный аэробный предел пингвина.
Анализ профилей кислорода в мышцах выявил две четкие схемы:
- Постоянное снижение: Уровень кислорода непрерывно падал, приближаясь к нулю как раз в момент пересечения аэробного предела. Это подтверждает гипотезу, что истощение мышечного кислорода является триггером перехода.
- «Плато» с последующим спадом: После начального падения уровень кислорода стабилизировался на несколько минут, а затем снова упал почти до нуля. Это указывает на то, что кровь временно поступала в мышцы, пополняя запас кислорода и отсрочивая наступление аэробного предела.
Удивительная эффективность
Рассчитав для первой схемы скорость потребления кислорода мышцами, ученые получили значение 12.4 мл O₂ / кг мышц / мин. Это:
- В 10 раз меньше, чем у пингвинов, плавающих в искусственном канале.
- Всего в 2.5 раза выше скорости метаболизма в состоянии покоя.
Это демонстрирует исключительную эффективность и гидродинамичность пингвинов как пловцов.
Исследование опубликовано в The Journal of Experimental Biology.