12.05.2011

Охотясь под водой, пингвины переключаются на бескислородное дыхание

При длительных подводных погружениях пингвины не тратят весь запасённый кислород. Вместо этого они переводят мускулатуру на особый, молочнокислый способ получения энергии, поэтому находящийся в крови и лёгких кислород достаётся другим органам и тканям, пишет EurekAlert!.

Охотясь за рыбой, пингвины могут провести под водой двадцать минут. Но, как оказалось, эти птицы очень экономно расходуют запасённый кислород. Начиная с шестой минуты мышцы пингвина переходят в особый тип получения энергии — анаэробный, когда кислород не нужен. Как это происходит, выясняли исследователи из Института океанографии Скриппса (США).

Анаэробный метаболизм пингвин использует в его молочнокислом виде, когда конечным продуктом расщепления глюкозы является лактат, или молочная кислота. Это менее эффективный способ добычи энергии, нежели сжигание питательных веществ кислородом, но в случае нехватки этого самого кислорода такой тип энергетического обмена приходится весьма кстати. Молочнокислое брожение вообще включается в мышцах при перегрузке, и образующийся в результате лактат отвечает за симптомы усталости и мышечного утомления. Пингвин, готовясь к нырку, глубоко дышит, запасая кислород в крови, лёгких и мышцах. Через какое-то время в крови птицы обнаруживается молочная кислота. Но при этом, как показали исследования, у вынырнувших пингвинов в лёгких и крови остаётся некий резерв кислорода.

То есть на анаэробный способ получения энергии у пингвинов переключаются именно мышцы. Мускулатура оказывается изолированной от прочих систем организма, она выбрасывает в кровь молочную кислоту, но при этом не забирает кислород.

Учёные вживляли в грудные мышцы императорских пингвинов, живущих в Антарктике, особый спектрофотометрический датчик, который оценивал уровень кислорода в мышцах. Кроме того, пингвинов снабжали таймером, который определял время, проведённое под водой, после чего птиц отпускали на волю. Через один–два дня датчики у пингвинов отбирали и анализировали полученные данные. Из 50 погружений, которые зарегистрировал таймер, около 30 длились дольше пяти с половиной минут, то есть того рубежа, когда у птиц включается анаэробный тип метаболизма. В этом случае уровень кислорода в мышцах плавно падал до нуля как раз ко времени включения молочнокислого брожения.

Но, как оказалось, пингвины могут использовать и другой способ, что делает их похожими на обычных ныряльщиков: они не перекрывают доступ кислорода к мышцам, и в этом случае он, снизившись в начале погружения, держится более или менее на плато, окончательно падая к моменту выныривания на поверхность. Запас кислорода в мускулатуре пополняется из лёгочных и кровяных резервов.

По словам одного из авторов работы, Кассондры Уильямс, расход кислорода во время подводной охоты у пингвинов небольшой и оценивается в одну десятую от объёма кислорода, который тратится при плавании на поверхности воды, когда птица может свободно дышать. Такой экономичности способствует их «умная» система переключения метаболизма с кислородного на бескислородный путь, а кроме того, удачные гидродинамические характеристики пингвинов, которые позволяют им хорошо плавать при минимуме физических усилий.

Статья с результатами исследований опубликована в издании Journal of Experimental Biology.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА