Друзья, вы когда-нибудь задумывались, как тюлени могут оставаться под водой больше часа, не делая вдоха? В то время как человек способен задерживать дыхание лишь на несколько минут, тюлени ныряют глубоко под ледяные воды и охотятся с лёгкостью.

Учёные долгое время считали, что они используют те же сигналы к дыханию, что и люди. Новое исследование показывает, что они чувствуют необходимость вдохнуть совершенно иначе. Готовы удивиться?

<h3>Люди контролируют углекислый газ, а не кислород</h3>

Многие думают, что желание вдохнуть появляется, когда заканчивается кислород. Как ни странно, человеческое тело работает иначе. Специализированные рецепторы непрерывно отслеживают количество углекислого газа в крови. По мере его накопления мозг создаёт то самое неприятное чувство, которое мы называем «воздушным голодом». Это нарастающий дискомфорт в конце концов заставляет нас сделать вдох, даже если в запасе ещё достаточно кислорода. Именно поэтому опытные ныряльщики с задержкой дыхания могут тренировать свою способность — они учатся терпеть повышение уровня углекислого газа. Однако у этой адаптации есть серьёзный риск: уровень кислорода может упасть до опасной отметки раньше, чем организм подаст сильный сигнал, что приводит к обмороку из-за кислородного голодания мозга. В соревновательном подводном плавании строгие правила безопасности существуют именно потому, что такой обморок может наступить почти без предупреждения, особенно на глубине или при длительном нырянии.

<h3>Вопрос, вдохновлённый ныряльщиками</h3>

Исследователи из Отдела морских млекопитающих при Университете Сент-Эндрюс в Шотландии задались важным вопросом после наблюдения за элитными ныряльщиками. Ведущий исследователь Крис Макнайт заметил, что люди иногда теряют сознание, потому что их дыхательная реакция зависит в первую очередь от углекислого газа, а не от кислорода. Если бы тюлени полагались на ту же систему, они столкнулись бы с серьёзной проблемой выживания. Потеря сознания под водой почти наверняка стала бы смертельной. Это наблюдение привело учёных к мысли, что у ныряющих млекопитающих должен существовать совершенно иной механизм — способный отслеживать сам кислород, а не ждать накопления углекислого газа. Чтобы проверить эту гипотезу, команда провела тщательно контролируемое исследование, результаты которого позже были опубликованы в журнале Science.

<h3>Как учёные тестировали диких серых тюленей</h3>

Изучать физиологию ныряния у морских млекопитающих гораздо сложнее, чем тестировать людей-добровольцев. Исследователи работали с шестью молодыми дикими серыми тюленями, временно содержавшимися в исследовательском центре. Вместо того чтобы принуждать животных, команда обучила их добровольно участвовать в имитации кормления. Каждый тюлень плавал между дыхательной камерой на поверхности и подводной станцией, где его ждало угощение. Это позволило учёным изменять состав воздуха, которым тюлени дышали перед каждым погружением, не нарушая их естественного поведения. Изменяя концентрацию кислорода и одновременно варьируя уровень углекислого газа, учёные могли наблюдать, какой фактор действительно влияет на продолжительность ныряния.

<h3>Кислород, а не углекислый газ, определяет время погружения</h3>

Результаты опровергли десятилетия предположений о задержке дыхания у млекопитающих. Когда концентрация кислорода снижалась, тюлени сокращали время погружения. Когда кислорода было больше, они оставались под водой дольше. Удивительно, но повышение уровня углекислого газа — даже до значений, значительно превышающих те, с которыми животные сталкиваются в природе — почти не влияло на продолжительность их пребывания под водой. Эта чёткая закономерность показала, что тюлени реагируют напрямую на доступность кислорода, а не на накопление углекислого газа. Результаты убедительно доказывают, что у тюленей есть внутренняя система, способная с высокой точностью определять уровень кислорода в крови. Вместо того чтобы ждать, пока углекислый газ вызовет дискомфорт, они, по-видимому, всплывают до того, как кислород достигнет опасно низкой концентрации.

<h3>Почему эта способность даёт тюленям огромное преимущество</h3>

Жизнь под поверхностью океана требует точного управления энергией. Серые тюлени ныряют сотни раз в день в поисках добычи на морском дне или в толще воды. Каждое погружение требует тщательного баланса между расходом кислорода и временем, необходимым для поиска пищи. Отслеживая кислород напрямую, тюлени могут точно решать, когда пора всплыть. Это значительно снижает риск потери сознания во время ныряния. Такая система даёт серьёзное эволюционное преимущество. Морские млекопитающие, которые часто теряли бы сознание под водой, не смогли бы охотиться, уходить от хищников или заботиться о потомстве. За миллионы лет естественный отбор неизменно благоприятствовал особям, способным точно отслеживать остаток кислорода. Исследователи полагают, что эта адаптация может быть не уникальной для серых тюленей. Другие искусные ныряльщики — морские слоны, морские львы, киты и, возможно, даже некоторые ныряющие птицы — могут обладать похожими системами контроля кислорода, которые развились независимо по мере того, как их предки приспосабливались к водному образу жизни.

<h3>Что тюлени могут дать человеческой науке</h3>

Понимание того, как тюлени регулируют дыхание, однажды может принести пользу медицине и физиологии человека. Учёным интересно идентифицировать биологические сенсоры, отвечающие за обнаружение кислорода, потому что подобные механизмы могут улучшить знания о дыхательных расстройствах, анестезиологии, неотложной медицине и методах лечения, связанных с кислородным голоданием. Результаты также углубляют наше понимание того, как эволюция может перестраивать фундаментальные системы выживания организма. Вместо того чтобы просто накапливать большие запасы кислорода, тюлени развили более сложный способ управления ими, позволяющий этим морским млекопитающим проводить под водой невероятно много времени, избегая опасностей, с которыми сталкиваются люди, задерживающие дыхание.

В следующий раз, когда вы увидите, как тюлень исчезает под волнами, помните: его удивительная способность нырять зависит от гораздо большего, чем просто мощные лёгкие. Эти животные, по-видимому, обладают тонко настроенной биологической системой, которая непрерывно отслеживает сам кислород, позволяя каждому погружению заканчиваться именно в нужный момент. А вы знали, что люди и тюлени так по-разному ощущают потребность в воздухе? Поделитесь!