Hjertemonitorer på vilde narhvaler afslører alarmerende reaktioner på stress

Narhvaler frigivet efter sammenfiltring i net og udstyret med hjertemonitorer udførte en række dybe dyk, svømmer hårdt for at flygte, mens deres puls faldt til uventet lave niveauer på tre til fire slag i minuttet. Denne kombination af hård træning og lav puls uden at trække vejret under vand er dyrt og kan gøre det svært for de dykkende hvaler at få nok ilt til hjernen og andre kritiske organer, ifølge en ny undersøgelse.

"Hvordan løber du væk, mens du holder vejret? Disse er dybt dykkende havpattedyr, men vi så ikke normale dyk i flugtperioden. Jeg må undre mig over, hvordan narhvaler beskytter deres hjerner og opretholder iltning i denne situation, "sagde Terrie Williams, en professor i økologi og evolutionær biologi ved UC Santa Cruz, der har studeret motionsfysiologi i en lang række hav- og landpattedyr.

Williams er første forfatter til et papir om de nye fund, der blev offentliggjort 8. december i Videnskab . Narhvaler, kendt som "havets enhjørninger" for de store stødtænder på hannerne, bor året rundt i arktiske farvande. De har været relativt isolerede fra menneskelige forstyrrelser indtil for nylig, når fald i arktisk havis har gjort regionen mere tilgængelig for skibsfart, efterforskning af olie, og andre menneskelige aktiviteter.

Narhvaler, der blev overvåget efter frigivelse, vendte gradvist tilbage til mere typisk adfærd og normale hjertefrekvenser. Men Williams sagde, at hun er bekymret for, at stress fra menneskelige forstyrrelser kan forårsage adfærdsmæssige reaktioner hos narhvaler, der ikke er i overensstemmelse med deres fysiologiske kapacitet. Deres naturlige flugtrespons for at undgå spækhuggere og andre trusler involverer typisk at bevæge sig langsomt enten til store dybder eller ind i lavvandede kystområder under isdække, hvor spækhuggere ikke kan følge. "Dette er ikke et hurtigt dyr, "forklarede hun.

En nedsat puls (kaldet bradykardi) er en normal del af pattedyrets dykkerespons, sammen med andre fysiologiske ændringer for at spare ilt. I narhvaler, forskerne målte hvilepuls på overfladen på omkring 60 slag i minuttet. Under normale dyk (efter flugtperioden), deres puls faldt til mellem 10 og 20 slag i minuttet, afhængigt af træningsniveau. Pulsen stiger normalt med øget træning, selv under et dyk.

"Det er det, der er så paradoksalt ved dette flugtrespons - det ser ud til at afbryde træningsresponset og opretholder ekstrem bradykardi, selv når hvalerne træner hårdt, "Sagde Williams.

De ekstremt lave hjertefrekvenser, som Williams observerede i flygtende narhvaler, ligner dem, der ses hos dyr med en "frysereaktion, "et af to gensidigt udelukkende svar dyr kan have for at opfatte trusler, den anden er et "fight or flight" -respons, der øger pulsen og stofskiftet. Narhvalerne, i deres reaktion på en stressende situation, synes at kombinere elementer i en fysiologisk frysereaktion med en adfærdsmæssig flyvereaktion, med potentielt skadelige konsekvenser.

"For landpattedyr, disse modsatrettede signaler til hjertet kan være problematiske, "Sagde Williams." Flygtende havpattedyr forsøger at integrere et dykkerespons oven på et øvelsesrespons oven på et frygtrespons. Dette er meget fysiologisk afbalancering, og mon ikke dybt dykkende havpattedyr er designet til at håndtere tre forskellige signaler, der kommer til hjertet på samme tid. "

Det samme fænomen kan forekomme hos andre dybdykende hvaler, når de forstyrres af støj fra mennesker i havene, som har været forbundet med strandinger af dybt dykkende hvaler, såsom næbhvaler, hun sagde.

"Desorienteringen, der ofte rapporteres under strandinger af dybt dykkende hvaler, får mig til at tro, at noget er gået galt med deres kognitive centre, "Sagde Williams." Kan dette skyldes en manglende opretholdelse af normal iltning af hjernen? "

Hun beregnede, at de flugtdyk, hendes team overvåget i narhvaler, krævede 97 procent af dyrets iltforsyning og ofte overskred dets aerobe dykkegrænse (hvilket betyder udtømning af iltlagre i musklerne, lunger, og blod, efterfulgt af anaerob metabolisme). Normale dyk med lignende varighed og dybde brugte kun omkring 52 procent af en narhals iltlager, undersøgelsen fundet.

Undersøgelsen blev udført i Scoresby Sound på Grønlands østkyst, hvor medforfatter Mads Peter Heide-Jørgensen, en forskningsprofessor ved Greenland Institute of Natural Resources, har studeret narhvaler siden 2012. Indfødte jægere i området lagde net ud til at fange fisk, sæler, og andre dyr, herunder narhvaler. Heide-Jørgensen udviklede et samarbejde med jægerne for at give forskere mulighed for at mærke og frigive narhvaler fanget i netene. Han har brugt satellitmærker til at studere bevægelserne i den østgrønlandske narhvalbestand.

Williams gruppe ved UC Santa Cruz udviklede unik mærkningsteknologi til havpattedyr, der gør det muligt for forskere at overvåge træningsfysiologi under dyk ved registrering af elektrokardiogrammer, svømningsbevægelser (slagfrekvenser), og andre data. Mærkerne fungerer meget som Fitbits -folk bruger til at overvåge deres daglige aktiviteter. Til denne undersøgelse, hvilepuls blev målt i ni narhvaler, og fem blev overvåget under dyk efter frigivelse. Instrumenterne blev fastgjort til narhvalerne med sugekopper og faldt af efter en til tre dage, flydende til overfladen, hvor de kunne genoprettes af forskerne.

I tidligere undersøgelser, Williams har brugt instrumenterne til at studere træningsfysiologi og dykkeresponser hos flaskefugle delfiner, Weddell sæler, og andre arter. "Dette var vores første mulighed for at sætte mærkerne på en dybdehval for at overvåge dens fysiologiske og adfærdsmæssige reaktioner, "Sagde Williams." Det hele begyndte med arbejdet med delfiner i vores faciliteter på Long Marine Laboratory. "

Blandt resultaterne af hendes tidligere undersøgelser var en overraskende hyppighed af hjertearytmi hos delfiner og sæler under intens træning på dybden. De nye fund øger hendes bekymring over virkningerne af forstyrrelser, der forårsager en flugtreaktion hos dybt dykkende havpattedyr.

"I modsætning til trusler fra rovdyr som spækhuggere, støj fra sonar eller en seismisk eksplosion er vanskelig at undslippe. Problemer kan starte, hvis hvalerne forsøger at overgå det, "Sagde Williams." Konsekvenserne af denne undersøgelse er forsigtige, viser, at disse dyrs biologi gør dem særligt sårbare over for forstyrrelser. Denne teknologi har givet os et vindue ind i narhvalens verden, og det vi ser er alarmerende. Spørgsmålet er, hvad skal vi som mennesker gøre ved det? "