Narwallen die werden losgelaten nadat ze verstrikt waren geraakt in netten en uitgerust met hartmonitors, voerden een reeks diepe duiken uit, hard zwemmen om te ontsnappen, terwijl hun hartslag daalde tot onverwacht lage niveaus van drie tot vier slagen per minuut. Deze combinatie van zware inspanning en een lage hartslag terwijl u niet onder water ademt, is kostbaar en kan het voor diepduikende walvissen moeilijk maken om voldoende zuurstof naar de hersenen en andere kritieke organen te krijgen. volgens een nieuwe studie.

"Hoe ren je weg terwijl je je adem inhoudt? Dit zijn diepduikende zeezoogdieren, maar we zagen geen normale duiken tijdens de ontsnappingsperiode. Ik moet me afvragen hoe narwallen hun hersenen beschermen en de zuurstofvoorziening in deze situatie behouden, " zei Terrie Williams, een professor in ecologie en evolutionaire biologie aan UC Santa Cruz die inspanningsfysiologie heeft bestudeerd bij een breed scala aan zeezoogdieren en landzoogdieren.

Williams is de eerste auteur van een paper over de nieuwe bevindingen die op 8 december zijn gepubliceerd Wetenschap . narwallen, bekend als "eenhoorns van de zee" voor de grote slagtanden op de mannetjes, leven het hele jaar door in Arctische wateren. Ze waren tot voor kort relatief geïsoleerd van menselijke verstoringen, wanneer de afname van het Arctische zee-ijs de regio toegankelijker heeft gemaakt voor de scheepvaart, olie-exploratie, en andere menselijke activiteiten.

Narwallen die na vrijlating werden gecontroleerd, keerden geleidelijk terug naar meer typisch gedrag en normale hartslag. Maar Williams zei dat ze zich zorgen maakt dat de stress van menselijke verstoringen gedragsreacties kan veroorzaken bij narwallen die niet in overeenstemming zijn met hun fysiologische capaciteiten. Hun natuurlijke ontsnappingsreactie om orka's en andere bedreigingen te vermijden, houdt meestal in dat ze langzaam naar grote diepten gaan of naar ondiepe kustgebieden onder ijsbedekking waar orka's niet kunnen volgen. "Dit is geen snel dier, " ze legde uit.

Een verlaagde hartslag (bradycardie genaamd) is een normaal onderdeel van de duikreactie van zoogdieren, samen met andere fysiologische veranderingen om zuurstof te besparen. Bij narwallen, de onderzoekers maten de hartslag in rust aan het oppervlak van ongeveer 60 slagen per minuut. Tijdens normale duiken (na de ontsnappingsperiode), hun hartslag daalde tot tussen de 10 en 20 slagen per minuut, afhankelijk van het trainingsniveau. De hartslag stijgt normaal bij meer inspanning, zelfs tijdens een duik.

"Dat is wat zo paradoxaal is aan deze ontsnappingsreactie - het lijkt de inspanningsreactie teniet te doen en houdt extreme bradycardie in stand, zelfs als de walvissen hard trainen, ' zei Willems.

De extreem lage hartslag die Williams heeft waargenomen bij vluchtende narwallen is vergelijkbaar met die bij dieren met een "bevriezingsreactie, " een van de twee elkaar uitsluitende reacties die dieren kunnen hebben op waargenomen bedreigingen, de andere is een "vecht- of vluchtreactie" die de hartslag en het metabolisme verhoogt. de narwallen, in hun reactie op een stressvolle situatie, elementen van een fysiologische bevriezingsreactie lijken te combineren met een gedragsvluchtreactie, met mogelijk schadelijke gevolgen.

"Voor landzoogdieren, deze tegengestelde signalen naar het hart kunnen problematisch zijn, Williams zei. "Ontsnappende zeezoogdieren proberen een duikreactie te integreren bovenop een oefeningsreactie bovenop een angstreactie. Dit is veel fysiologisch balanceren, en ik vraag me af of diepduikende zeezoogdieren zijn ontworpen om te gaan met drie verschillende signalen die tegelijkertijd naar het hart komen."

Hetzelfde fenomeen kan zich voordoen bij andere diepduikende walvissen wanneer ze worden gestoord door door mensen gegenereerd geluid in de oceanen, die in verband is gebracht met strandingen van diepduikende walvisachtigen zoals spitssnuitdolfijnen, ze zei.

"De desoriëntatie die vaak wordt gemeld tijdens strandingen van diepduikende walvissen, doet me denken dat er iets mis is gegaan met hun cognitieve centra, " zei Williams. "Kan dit het gevolg zijn van een falen om de normale zuurstofvoorziening van de hersenen te behouden?"

Ze berekende dat de ontsnappingsduiken die haar team in narwallen volgde, 97 procent van de zuurstoftoevoer van het dier vereisten en vaak de aerobe duiklimiet overschreden (wat betekent dat de zuurstofvoorraden in de spieren, longen, en bloed, gevolgd door anaëroob metabolisme). Normale duiken van vergelijkbare duur en diepte gebruikten slechts ongeveer 52 procent van de zuurstofvoorraad van een narwal, de studie gevonden.

Het onderzoek is uitgevoerd in Scoresby Sound aan de oostkust van Groenland, waar coauteur Mads Peter Heide-Jørgensen, een onderzoeksprofessor aan het Greenland Institute of Natural Resources, bestudeert sinds 2012 narwallen. Inheemse jagers in het gebied zetten netten uit om vis te vangen, zeehonden, en andere dieren, inclusief narwallen. Heide-Jørgensen ontwikkelde een samenwerking met de jagers om wetenschappers in staat te stellen narwallen die in de netten zijn gevangen, te merken en vrij te laten. Hij heeft satelliettags gebruikt om de bewegingen van de Oost-Groenlandse narwalpopulatie te bestuderen.

Williams' groep bij UC Santa Cruz ontwikkelde unieke tagging-technologie voor zeezoogdieren waarmee onderzoekers de inspanningsfysiologie tijdens duiken kunnen volgen door elektrocardiogrammen op te nemen, zwembewegingen (slagfrequenties), en andere gegevens. De tags werken net als de Fitbits die mensen gebruiken om hun dagelijkse activiteiten te volgen. Voor deze studie is hartslag in rust werd gemeten in negen narwallen, en vijf werden gecontroleerd tijdens duiken na vrijlating. De instrumenten werden met zuignappen aan de narwallen vastgemaakt en vielen er na één tot drie dagen af, naar de oppervlakte drijvend waar ze door de wetenschappers konden worden teruggevonden.

In eerdere onderzoeken is Williams heeft de instrumenten gebruikt om inspanningsfysiologie en duikreacties bij tuimelaars te bestuderen, Weddell zeehonden, en andere soorten. "Dit was onze eerste kans om de tags op een diepduikende walvis te plaatsen om zijn fysiologische en gedragsreacties te volgen, "Zei Williams. "Het begon allemaal met het werk aan dolfijnen in onze faciliteiten in het Long Marine Laboratory."

Een van de bevindingen van haar eerdere studies was een verrassende frequentie van hartritmestoornissen bij dolfijnen en zeehonden tijdens intensieve training op diepte. De nieuwe bevindingen vergroten haar bezorgdheid over de effecten van verstoringen die een ontsnappingsreactie veroorzaken bij diepduikende zeezoogdieren.

"In tegenstelling tot bedreigingen van roofdieren zoals orka's, geluid van sonar of een seismische explosie is moeilijk te ontsnappen. Er kunnen problemen ontstaan ​​als de walvissen proberen het te ontlopen, Williams zei. "De implicaties van deze studie zijn waarschuwend, waaruit blijkt dat de biologie van deze dieren hen bijzonder kwetsbaar maakt voor verstoring. Deze technologie heeft ons een kijkje gegeven in de wereld van de narwal, en wat we zien is alarmerend. De vraag is, wat gaan wij als mensen eraan doen?"