
海狗在陆地上看似平静,但其心脏活动却揭示了深潜后一场隐秘的生理“战役”仍在进行。海洋哺乳动物的深潜行为对其生理系统造成巨大压力。在长时间深潜过程中,动物身体(心脏和大脑除外)会切换到无氧代谢模式,导致乳酸积累。尽管许多潜水物种已进化出减少“减压病”(氮气气泡积聚)风险的机制,但科学家们长期以来认为这些动物主要在海面休息或游泳时完成恢复。
然而,一项发表于《生理学前沿》(Frontiers in Physiology)的新研究颠覆了这一传统认知,指出海狗的生理恢复可能在离开水面后仍持续很长时间。研究人员发现,在返回陆地数小时后,这些动物的心率会显著升高,这可能有助于它们从漫长的海上觅食之旅中恢复过来。
迪肯大学(Deakin University)的副研究员、该研究的第一作者Melissa Walker博士指出:“我们发现,在非洲海狗和澳大利亚海狗中,其海上觅食时的心率与陆地休息时的心率之间存在正相关关系。这可能意味着海上觅食的一些生理成本被延迟偿还,并在海狗返回陆地后才得以恢复。”
Walker博士及其同事利用心率作为氧气消耗和能量支出的指标。他们研究了两种密切相关物种——非洲海狗(Arctocephalus pusillus pusillus)和澳大利亚海狗(A. pusillus doriferus)——在完整海陆周期中的心率模式。非洲海狗主要栖息在非洲南部和西南海岸,主要在开阔水域捕食;而澳大利亚海狗则分布在澳大利亚东南部,更多时间在海底觅食。
在2003年至2008年间,研究人员在南非的克莱因西(Kleinsee)监测了六只雌性非洲海狗,并在澳大利亚的卡诺纳岛(Kanowna Island)监测了六只雌性澳大利亚海狗。每只海狗都佩戴了防水心率发射器、潜水记录器和无线电发射器,每10秒收集一次数据,最长记录时间达8.2天。
记录显示,非洲海狗的完整海陆周期平均持续5.5天,澳大利亚海狗为3.8天。在这些周期中,海狗平均在海上分别度过60.4小时和96.5小时,其中大部分时间(60%至70%)是在水面附近度过的。这两种海狗也表现出截然不同的潜水行为。
非洲海狗主要在水体中觅食(68.4%)。在它们最深、最长的潜水(持续超过400秒,深度达190米)期间,心率在短时间内降至极低水平,有时在不到60秒内降至每分钟约10次。澳大利亚海狗的行为则有所不同。它们大部分觅食时间是在海底进行(71.5%)。在它们最长的潜水(持续超过400秒,深度约80米)期间,它们能保持更高且更稳定的心率,在长达300秒的时间内维持在每分钟20至30次。
依据此前的研究,科学家们曾预期海狗在陆地休息时会保持相对稳定的心率。然而,此次数据却揭示了一个令人惊讶的模式。在返回陆地后的六到八小时内,海狗的心率显著飙升,有时甚至高达每分钟84次。一些个体经历了多次心率高峰,随后心率才逐渐稳定在每分钟42至61次的范围内,这与快速眼动睡眠(REM sleep)期间的心率水平相符。
研究人员还发现,海狗在海上时的总心脏活动量与返回陆地后的总心脏活动量之间存在强烈的正相关性。这一发现强烈暗示,海狗可能仍在偿还其在剧烈潜水和捕猎期间积累的“氧债”。
研究人员总结认为,海狗在陆地上的时间并非简单的休息,而是在积极地从海上艰苦的旅程中恢复。一种可能的解释是,升高的心率有助于清除体内乳酸,并补充在海洋中未能完全恢复的氧储备。该研究还探讨了其他几种可能的机制。
Walker博士总结道:“氧债的生理恢复过程比以往理解的更为漫长、复杂,且发生在更长的时间尺度上,陆地上的高心率可能有助于支持这种延迟恢复。”她补充说:“陆地上如此高心率的一个关键益处可能是,海狗在海上时可以优先专注于觅食和躲避捕食者,然后将能量分配给返回陆地后的生理处理和恢复。”
研究人员表示,需要更多的研究来全面理解海狗在返回陆地后出现这些延迟心率飙升的原因。Walker博士指出:“海狗在陆地上表现出的心率升高可能由多种因素驱动。潜水强度、觅食成功率和消化状态等因素如何影响这种反应,需要进一步深入研究。”“未来的研究可以追踪这些变量以及陆地上的心率模式,以阐明这种明显延迟恢复背后的机制。”