人与海洋

《科学》揭秘:鲸类的神秘血管网络

 

       在漫长的演化历史中,鲸类的祖先经历了一段登陆,此后再次返回海洋的历程。5000多万年前,现代鲸类的祖先放弃了陆地生活,重返海洋。为此,它们需要迅速演化出全新的生理特征,以适应海洋环境。

       其中一项挑战,是如何避免“血液脉冲”对脑部的伤害。我们知道,哺乳动物动脉的平均血压高于静脉,正是这样的压强差驱使体内的血液流动。但当鲸类通过强有力的尾部摆动推动庞大的身躯游动,血压会随着尾部的摆动而起伏,也就是出现“血压脉冲”。

       这个过程应该会导致进入、离开大脑的血液出现压强差,进而对大脑造成损伤。但观察结果显示,一定有某种未知的机制起到了保护作用,使得鲸类的大脑并未受到冲击。

       事实上,科学家已经在陆生哺乳动物(例如马)身上观察到类似的脉冲现象,并且解释了原因。马在奔跑时也会经历血压脉冲,对此它们的应对策略是,通过呼气与吸气来调节脉冲、避免损伤。然而,鲸类在游动时会屏住呼吸,因此这种保护机制并不适用于鲸类。

       现在,一项发表于《科学》杂志的最新研究为我们揭开了这一神秘机制:一种由大量血管组成的网络——迷网(retia mirabilia,也称“奇异网”)保护了大脑,使得鲸类能在大洋中顺利游动。

       来自不列颠哥伦比亚大学的研究团队探索了迷网在这个过程中的作用。与大量陆生哺乳动物不同的是,鲸类的胸部、脊柱内和颅区有大量的血管分布,但其功能尚不明确。研究团队根据11种鲸类的形态学,建立起迷网的血液动力学模型。模型指出:迷网巨大的动脉容量,以及颅内、椎管内较小的血管外容量,共同保护了大脑复杂的血管系统不受血压差异的影响。正是这种“脉冲-转移”机制,可以在不降低血压脉冲的前提下,确保了脑部血压的平稳。由此,这项研究发现鲸类的迷网具有一种前所未知的功能。

      “我们的模拟支持了我们的猜想,即运动产生的血压脉冲可以与脉冲-转移机制同步,这一机制将鲸类血压受到的影响降低了97%。”论文作者之一 Robert Shadwick 教授表示。而对于下一步的研究,另一位作者 Wayne Vogl 教授表示:“理解鲸类的胸部如何响应深处的水压,以及肺如何影响血压将十分重要。”


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