Hören Sie den Herzschlag des größten Tieres, das je gelebt hat

Das Herz der etruskischen Spitzmaus, eines der kleinsten Säugetiere der Welt, schlägt unglaublich schnell – bis zu 1.500 Mal pro Minuteoder 25 mal pro Sekunde. Im Vergleich dazu ist das menschliche Herz langsam und schlägt nur 60 bis 100 Mal pro Minute.

Dann ist da noch das Herz des Blauwals, dem größten Tier, das je gelebt hat. Diese Meeresriesen können länger sein als zwei Schulbusse und ihre Herzen – die etwa so groß wie ein Zweiersofa sind und wiegen mehr als 1000 Bücher – schlagen Sie so wenig wie zweimal pro Minute.

Wenn Sie ein riesiges Stethoskop unter Wasser auf die Brust eines Blauwals legen, könnte es so aussehen.

Dieser Clip wurde mit echten Daten von Wissenschaftlern produziert vor ein paar Jahren nachgeholt eines Blauwals in Monterey Bay, Kalifornien. Das Herz schlug langsam, als das Tier tauchte, aber als es zum Atmen an die Oberfläche kam, beschleunigte sich die Frequenz dramatisch und reichte bis zu 37 Schläge pro Minute.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, wie man den Herzschlägen wilder Wale lauschen kann. Sie sind nicht daran interessiert, die Vitalfunktionen dieser Tiere an sich zu überprüfen, sondern versuchen, eine der grundlegendsten Fragen der Biologie zu beantworten: Wie groß kann ein Tier auf der Erde werden?

Die Messung der Herzfrequenz von Blauwalen – die größer als Dinosaurier sind – zeigt, dass die Körpergröße durch die Größe des Herzens begrenzt sein könnte. Und mit fortschrittlicheren Überwachungsinstrumenten könnte es Wissenschaftlern auch dabei helfen, diese Meeresriesen vor einer der mysteriösesten Bedrohungen des Ozeans zu schützen.

Wie wurden Blauwale so groß?

Die kurze Antwort: Essen. Vor Millionen von Jahren haben sich Blauwale entwickelt, um winzige Krebstiere namens Krill zu fressen, die in einigen Küstenregionen für einen Teil des Jahres sehr reichlich vorhanden sind. All diese Nahrung kann einen großen Körper antreiben, und die Größe hat es diesen Tieren ermöglicht, größere Schlucke Krill zu nehmen und effizient von einem Krill-Buffet zum nächsten zu schwimmen.

Aber was interessant ist, ist, dass es im Ozean tatsächlich genug Krill und andere Wasserlebewesen gibt, sogar für Wale. größer. Nahrung allein scheint die potenzielle Körpergröße von Walen nicht zu begrenzen, sagte Max Czapanskiy, ein promovierter Forscher aus Stanford, der Meeressäuger untersucht. „Es muss etwas in ihrem Körper geben, das sie daran hindert, größer zu werden“, sagte er.

Wissenschaftler vermuten, dass die Antwort im Herzen liegen könnte.

Wale halten den Atem an, wenn sie sich von Krill ernähren, der dazu neigt, sich Hunderte von Metern unter Wasser anzusammeln. Dies führt zu einer Ansammlung von Kohlendioxid in ihrem Blut. Wenn diese Meeressäuger zum Atmen an die Oberfläche zurückkehren, schlägt ihr Herz schnell, um ihren Körper von CO2 zu befreien und es durch frischen Sauerstoff zu ersetzen, damit sie wieder herunterkommen und weiter fressen können.

Größere Herzen schlagen langsamer und brauchen länger, um Sauerstoff im Körper wieder aufzufüllen. Dies bedeutet, dass die Wale mehr Zeit an der Oberfläche verbringen müssen, um Luft zu holen, und die kostbare Zeit verzehren, die sie haben, um sich von einer saisonalen Ressource wie Krill zu ernähren. Ein zu großes Herz und diese Giganten haben möglicherweise nicht genug Zeit zum Essen.

Wenn die Größe des Herzens Wale in irgendeiner Weise einschränkt, sollten diese Organe theoretisch ihre maximale Geschwindigkeit erreichen, wenn die Tiere zum Atmen aufsteigen. Das wollten Wissenschaftler herausfinden, als sie 2018 den Herzschlag eines Blauwals messen wollten.

Fitbits für Wale

Es gibt viele Möglichkeiten, unsere eigene Herzfrequenz zu messen, von einfachen Stethoskopen bis hin zu Wearables wie Fitbits und Apple Watches. Es ist viel schwieriger, die eines Wals zu messen.

Diese Tiere sind mit einer dicken Fettschicht bedeckt und tauchen mehrere hundert Meter, wo der Druck immens ist. Selbst wenn ein Herzfrequenzmesser unter diesen Bedingungen funktioniert, müssen die Wissenschaftler einen Wal finden, das Gerät anbringen und ihn bergen.

Erst 2018 gelang dies Wissenschaftlern. Im Spätsommer waren kalifornische Forscher in Monterey Bay auf dem Wasser, um eine große Gruppe von Blauwalen zu untersuchen.

Auf einem aufblasbaren Forschungsboot näherten sich die Forscher einem und steckten mit einer 20-Fuß-Stange einen speziellen EKG-Sensor hinter seine linke Flosse. Der Wal stieg ab und einige Stunden später stieg das Gerät an die Oberfläche, wo die Forscher es bergen konnten.

Der EKG-Sensor, der elektrische Signale misst, zeichnete mehrere Stunden lang den Herzschlag des Tieres auf. Hier stammt der obige Videoclip: Jessica Kendall-BarEine Meereswissenschaftlerin und Künstlerin, die nicht an der Studie beteiligt war, verwandelte ein Segment der Herzschlagdaten in eine Audiodatei, die sie mit Vox teilte.

Aber dieser Ansatz hat schwerwiegende Nachteile, sagte Czapanskiy, Co-Autor von a Papier 2019 basierend auf EKG-Forschung. „Die Ausfallrate ist wirklich hoch“, sagte er und erwähnte, dass Salzwasser elektrische Sensoren oft stört.

Deshalb haben Wissenschaftler nach anderen Ansätzen gesucht. In einem Papier Czapanskiy im Mai veröffentlichte, zeigte er, dass ein Gerät namens Beschleunigungsmesser – das die Bewegung eines Tieres misst – auch den Puls eines Herzens erkennen kann.

Jedes Mal, wenn das Herz eines Wals schlägt, sendet es eine Blutwelle aus, die seinen Körper leicht zittern lässt (ähnlich wie ein Schlauch, der springt, wenn Sie den Wasserhahn aufdrehen). Wenn ein Wal stationär ist, können Beschleunigungsmesser diese subtilen Bewegungen erfassen.

Wie ein EKG-Sensor funktionieren die Beschleunigungsmesser nur, wenn sie an einem Wal befestigt sind. Aber diese Geräte bieten einen großen Vorteil: Wissenschaftler setzen sie seit etwa 20 Jahren an Walen an, um andere Dinge zu messen, sagte Czapanskiy, was bedeutet, dass es bereits viele potenzielle Herzfrequenzdaten gibt, die nur analysiert werden müssen.

Was Sie vom schlagenden Herzen eines Wals lernen können

Daten zur Herzfrequenz von Blauwalen zeigen, dass diese Tiere im Wesentlichen zwei unterschiedliche Herzfrequenzen haben. Einer von ihnen ist langsam, wie der Clip, den Sie oben gehört haben; Dann taucht der Wal und versucht, Sauerstoff zu sparen. Der andere ist schnell, wenn der Wal wieder an der Oberfläche ist und sein Herz rast, um seinen Sauerstoffvorrat wieder aufzufüllen.

Wie die Forscher vermuteten, könnte Übergewicht an der Oberfläche zu einem Problem werden.

EKG-Daten zeigen, dass ein einzelner Herzschlag des Blauwals etwa 1,8 Sekunden dauert, was bedeutet, dass sein Herz nur etwa 33 Mal pro Minute schlagen kann. Aber als der Wal nach Luft schnappte, schlug sein Herz leicht über dieser Zahl. Das deutet auf etwas Kritisches hin: Das Herz des Blauwals funktioniere „auf Höchstleistung“, sagte Czapanskiy, und es könne buchstäblich nicht schneller schlagen.

Aber was hat das mit Körpergrößenbeschränkungen zu tun? Wenn der Wal größer wäre, bräuchte er ein größeres Herz und Nach Lebensmittel. Aber auch hier würde ein größeres Herz langsamer schlagen und dazu führen, dass das Tier mehr Zeit an der Oberfläche verbringt, wodurch der Wal weniger Zeit hat. Zeit, nach Krill zu suchen. Also im Grunde größer, und diese Tiere könnten wahrscheinlich nicht genug Nahrung zu sich nehmen, um ihre imposante Figur aufrechtzuerhalten.

Aus diesem Grund tut sich Czapanskiy schwer damit, sich auch nur ein hypothetisches Tier vorzustellen, das sich zu einem größeren als einem Blauwal entwickelt. Diese Tiere leben in einer Umgebung mit einer riesigen Menge an Nahrung, aber ihre Körper begrenzen, wie schnell sie es verbrauchen können. Sofern keine massive neue Quelle nährstoffreicher Nahrung auftaucht – oder ein Tier eine höchst neuartige und effiziente Physiologie entwickelt – ist der Blauwal möglicherweise nicht nur das größte Tier, das jemals gelebt hat, sondern auch das größte, große Tier, für das man leben kann.

Es ist sowieso eine Theorie.

Es sollte beachtet werden, dass es eine Handvoll anderer Faktoren geben kann, die die Körpergröße begrenzen, wie etwa die Verbreitung und saisonale Häufigkeit von Krill, sagte Jeremy Goldbogen, außerordentlicher Professor an der Stanford University und Hauptautor der EKG-Studie aus dem Jahr 2019. Es gibt auch offene Fragen Fragen zur Ökologie von Blauwalen, wie z. B. die Zeit, die sie mit der Nahrungsaufnahme verbringen. Und hier werden wahrscheinlich weitere Forschungen – und Daten von Czapanskiys Beschleunigungsmesser – ins Spiel kommen.

Lösen Sie das Geheimnis der Walstrandungen

Auch die Ausrüstung von Walen mit Herzfrequenzmessern könnte den Tieren zugute kommen. So wie Apple Watches eine erhöhte Herzfrequenz erkennen, wenn wir nervös oder ängstlich sind, könnten Walsensoren erkennen, wenn diese Tiere unter Druck stehen.

Diese Geräte könnten sogar dazu beitragen, das anhaltende Rätsel der Walstrandungen zu lösen, sagte Dave Haas, Meereswissenschaftler und Mitbegründer von FaunaLabs, einem Unternehmen, das Fitbit-ähnliche Geräte für Wale, Delfine und andere Tiere entwickelt.

Tausende Wale stranden jedes Jahr, doch Wissenschaftler sind sich nicht sicher, warum. Zumindest in einigen Fällen scheinen die Strandungen zu sein im Zusammenhang mit der MarinetätigkeitEinige Wissenschaftler vermuten, dass Sonar die Navigation einiger Wale und Delfine stören könnte.

„Wenn wir in der Lage sind, ihre Physiologie zu messen, können wir in Echtzeit sehen, was diese Signale mit ihrer Herzfrequenz machen“, sagte Haas.

Mit Herzfrequenzmessern können Wissenschaftler möglicherweise feststellen, was Wale stresst, und sogar mögliche Lösungen testen. Im besten Fall, sagte Haas, könnte sich eine geringfügige Änderung der Frequenz oder Intensität des von Schiffen abgegebenen Schalls als weniger schädlich für Wale erweisen. Maritime Gruppen wie die Marine – die Forschungen darüber finanziert hat, wie Wale auf Sonar reagieren, könnten diese Anpassungen unterstützen, sagte Haas.

„Dies könnte wichtige Ergebnisse für den Naturschutz haben“, sagte Haas.

Auf diese Weise schließt sich der Kreis, wenn man den Herzschlägen von Walen lauscht: Es lehrt uns, wie einzigartig diese Tiere sind – wie einzigartig ihre Anatomie im Tierreich ist. Aber es kann uns auch dabei helfen, diese Meeresriesen – die größten Tiere aller Zeiten auf der Erde – für viele Jahre zu erhalten.