不列颠哥伦比亚大学的一项新研究表明,鲸鱼大脑中的特殊血管可能会保护它们免受游泳时血液中产生的脉冲的伤害。
关于这些支撑鲸鱼大脑和脊柱的血管网络的确切用途,有很多理论,被称为“神奇的网”,但现在UBC的动物学家相信他们已经解开了这个谜团,电脑模型支持了他们的预测。
像马这样的陆地哺乳动物在奔跑时会经历血液中的“脉冲”,每迈一步,体内的血压就会上下波动。在一项新的研究中,主要作者马戈·莉莉(Margo Lillie)博士和她的团队首次提出,同样的现象也发生在以背-腹侧运动游泳的海洋哺乳动物身上;换句话说,鲸鱼。而且,他们可能已经发现了为什么鲸鱼会因此避免对大脑造成长期损害。
在所有哺乳动物中,动脉(即流出心脏的血液)的平均血压都高于静脉。UBC动物学系的荣休副研究员Lillie博士说,这种压力差异驱动了体内的血液流动,包括流经大脑的血液。然而,运动可以有力地移动血液,导致压力峰值,或“脉冲”到大脑。由于这些脉冲,进入和流出大脑的血液之间的压力差异会造成损伤。
Lillie博士说,这种长期损害会导致人类痴呆。但是,马通过吸气和呼气来应对脉搏,而鲸鱼在潜水和游泳时则屏住呼吸。“因此,如果鲸目动物不能使用呼吸系统来调节压力脉冲,它们一定找到了另一种方法来处理这个问题,”Lillie博士说。
利利博士和同事们的理论是,视网膜利用一种“脉冲传递”机制,确保鲸目动物在运动过程中,除了平均血压差异之外,大脑中的血压没有差异。从本质上讲,视网膜不是抑制血液中的脉冲,而是将进入大脑的动脉血中的脉冲转移到流出的静脉血中,保持相同的“幅度”或脉冲强度,从而避免大脑本身的压力差异。
研究人员收集了11种鲸类动物的生物力学参数,包括吸尾频率,并将这些数据输入到计算机模型中。
“我们关于游泳产生内部压力脉冲的假设是新的,我们的模型支持我们的预测,即运动产生的压力脉冲可以通过脉冲传递机制同步,从而将产生的流量的脉动性降低高达97%,”资深作者、UBC动物学系名誉教授罗伯特·沙德威克博士说。
Shadwick博士说,这个模型有可能被用来询问其他动物的情况,以及它们在运动时的血压脉冲发生了什么,包括人类。虽然研究人员表示,这一假设仍需要通过测量游泳鲸类动物的血压和脑流量来直接验证,但目前在伦理和技术上都是不可能的,因为这需要将探针插入活鲸体内。
他说:“尽管它们很有趣,但基本上是难以接近的。”“它们是地球上最大的动物,可能是有史以来最大的动物,了解它们是如何生存和生活的,是基础生物学的一个迷人部分。”爱博网投领导者
“了解胸腔如何对深海水压做出反应,以及肺部如何影响血管压力,将是重要的下一步,”联合作者、UBC细胞和生理科学系教授韦恩·沃格尔博士说。“当然,直接测量大脑中的血压和血流是非常宝贵的,但目前在技术上是不可能的。”
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