如何给地球有史以来最大的动物测心电图?

作者: Ed Yong

来源: 果壳

发布日期: 2019-12-18

本文介绍了斯坦福大学的杰里米·戈博根如何首次在海里给蓝鲸贴上心跳监测仪,揭示了蓝鲸心跳的极端变化。蓝鲸在潜水时心率极慢,而在浮出水面时心率极快,这种适应机制使得蓝鲸能够在深海中长时间捕食磷虾。文章还讨论了蓝鲸心脏的大小和功能,以及这种巨大的动物可能已经达到了其体型的极限。

一条在加州沿岸潜行的蓝鲸,心脏刚刚收缩了一下。这次心跳经过大约两秒才完成,将两百升血液通过动脉输送到了蓝鲸的全身。蓝鲸是现今世界上最大的动物,也是地球历史上出现过的最大的动物。斯坦福大学的杰里米·戈博根(Jeremy Goldbogen)是第一个在海里给蓝鲸贴上心跳监测仪的人,照他的说法,蓝鲸的心跳不断在极快和极慢之间切换。潜水时,为了节约氧气,它可以使心率放慢到一分钟两下。

大卫·爱登堡曾经宣称,蓝鲸的心脏“有一辆小汽车那么大,它的一些血管粗得能让你在里面游泳”。这两点说得都不对。2015年,当一条死去的蓝鲸被冲上加拿大纽芬兰海岸时,来自皇家安大略博物馆的一支解剖团队将它的心脏取出并做了测量。这枚心脏重约181千克,无疑是相当大的。但是其主动脉的直径大概只够塞进一个人的脑袋。

戈博根研究蓝鲸已经几十年了,方法是在蓝鲸的背部贴上数据记录器。这种装置通过吸盘固定,能够记录蓝鲸的体态、速度,以及它们在游动、下潜和觅食时的加速度。戈博根后来想到,如果在吸盘上附加电极,是否就能捕捉蓝鲸的心跳了呢?那和医生给病人测心电图是同一原理,不同之处在于这些电极必须隔着几英寸厚的鲸脂记录信号,这意味着它们必须正好放在恰当的位置上。

根据几个适用于不同体型哺乳动物的公式,一头重220吨的蓝鲸(人类记录的最大动物)的静息心率应该是每分钟11跳。相比之下,人类的静息心率是每分钟60至100跳。但是戈博根发现,静息心率这个概念对蓝鲸并不适用。蓝鲸不断下潜到150至200米的深度,去捕食磷虾,那是一种外形像虾的甲壳类动物。蓝鲸能下潜15分钟,然后浮到水面补充氧气。下潜和上浮之际,它的心率也在极慢和极快之间摇摆,并不存在中间状态。

潜水时,蓝鲸的心率会下降到每分钟4至8跳之间,有时甚至慢到每分钟2跳。那么在两次心跳之间的漫长停顿中,这枚巨大的心脏是如何使血液保持流动的呢?秘诀就藏在蓝鲸那弹性极强的主动脉弓、也就是主动脉紧邻心脏的那一段上。戈博根说:“你可以把它想像成一只气球。”它先是扩张并吸收心脏搏动射出的大部分血液,然后再缓缓缩小,将这些血液输送到循环系统的其他部分。

当蓝鲸浮上水面,它的心跳又会加速到每分钟30至37跳。由于蓝鲸的每次心跳要耗时1.8秒,这个频率对于它可说是相当疯狂了。在圣安德鲁斯大学研究潜水哺乳动物的生理学家萨沙·胡克(Sascha Hooker)则表示,“我对此一点不感到意外。”他举例说,野生灰海豹在潜水时,心率也会下降到每分钟2次,上浮时更会上升到每分钟135次。“这显示了这些潜水哺乳动物在心率和血流方面的非凡灵活性和控制力。”他补充道。

戈博根知道其他潜水动物的心率变化范围更大,但他依然认为蓝鲸是独一无二的,原因有两个。首先,蓝鲸的进食方式难度特高。它在向一群磷虾俯冲时,能在不到一分钟的时间里加速到每秒3.6米(泳坛名将迈克尔·菲尔普斯的最快速度是每秒2.7米,而且他的体重远没有220吨)。然后蓝鲸张开大嘴,吞下比自身体积更大的海水,并捕获总热量达50万卡路里的磷虾。它会在一次下潜中多次重复这个动作,消耗大量能量和大量氧气。

然而当戈博根的那头蓝鲸像这样俯冲时,它的心率仅比它在下潜时的最小值快了2.5倍。

其次,每分钟37跳的水面心率可能是蓝鲸能够达到的最快心率了。戈博根表示:“它的心脏已经跳到了最快,而这时的它并不在冲刺。这只是常规的觅食行为,它们平时心跳就是这么快的。”由此,他猜测蓝鲸已经长到了动物能够长到的最大体型。

即便假设有一种更大的动物,它的水面心跳也不可能更快,因此无法偿还心脏在深水中缓慢跳动时欠下的氧气债。而要是心脏不缓慢跳动,它就无法长时间潜水并捕捉充足的磷虾。“蓝鲸已经接近体型的极限了。”戈博根说。

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