【蓝鲸心跳每分钟只有2次,为何大脑不会缺血晕厥? 】
维持地球最大动物——蓝鲸运转的心脏,在深海究竟是怎么工作的?
按哺乳动物体型规律推算,几十吨重的蓝鲸静息心率约每分钟15次。但这只是推测。科学家用长杆将特制的心电图吸盘悄悄贴在野生蓝鲸背上,获取的真实数据揭开了一个反常的生理学谜团。
动物潜水时心跳都会变慢以节省氧气。但蓝鲸在深海不仅不休息,还要进行极度耗能的“冲刺吞食”:张开大嘴克服巨大阻力,吞下与自身体积相当的海水和磷虾。既要心跳变慢省氧,又要剧烈运动耗能。大自然是如何化解这个矛盾的?
实测显示,蓝鲸在深海心率并未维持在15次,而是骤降至每分钟4到8次,最低仅2次。两次心跳最长间隔达30秒。
人若如此早就脑缺血晕厥了,蓝鲸凭什么安然无恙?因为它的血管结构十分独特。
蓝鲸心脏重达三百多公斤,每次跳动能泵出80升血液。主动脉接收到这股巨浪时,并没有像硬管子一样直接导走,而是像极具弹性的气球一样膨胀开来,将血液包住。在心脏停跳的漫长30秒里,血管靠弹性慢慢回缩,把存下的血化作平稳水流送往全身。极慢的心跳省了氧气,弹性的血管保住了循环。
而在加速冲刺吞咽的耗能瞬间,为了不让血液循环过快抽干大脑所需的氧气,蓝鲸心率也仅微升至每分钟8次左右。它通过直接“透支”消耗肌肉预存的氧气,来支撑这波剧烈运动。
这种捕食方式让蓝鲸欠下了高昂的氧气债。因此,当它浮出水面换气时,心率会飙升至每分钟25到37次。
别看一分钟只跳30多次,受限于巨大心肌收缩与舒张的物理耗时(单次最快约需1.8秒),这已经是这台“超级水泵”的最高转速极限。
在最高转速下,血液撞击血管反弹的压力波本会大大增加心脏再次泵血的阻力。绝妙的是,蓝鲸血管的尺寸与血压波长完美配合。当心率超过20次,反射波刚好与下次射血的新波浪产生流体力学上的相消干涉。就像降噪耳机抵消噪音一样,波浪互相抵消,大幅降低了心脏极速运转的负荷。
为何地球上没有出现比蓝鲸更大的动物?这篇论文给出了终极答案。
蓝鲸的捕食极度耗能,而其心脏的电传导和泵血速度,已经逼近了生物学与物理学的绝对边界。体型若再大一圈,欠下的氧气债将成倍增加,但受制于物理法则,心脏已不可能跳得更快来充氧还债。
【参考资料】
Goldbogen, Jeremy A., D. E. Cade, J. Calambokidis, M. F. Czapanskiy, J. Fahlbusch, A. S. Friedlaender, W. T. Gough et al. "Extreme bradycardia and tachycardia in the world’s largest animal." _Proceedings of the National Academy of Sciences_ 116, no. 50 (2019): 25329-25332.
