Wenn Besatzungen in U-Boot-Filmen den Befehl „Tauchvorbereitung“ hören, springen sie in Aktion, um das Schiff zum Abtauchen bereit zu machen. Eine neue Studie unter der Leitung von Dr. J. Chris McKnight von der University of St. Andrews legt nahe, dass Seehunde einen ähnlichen Gedanken verwenden, um die physiologischen Veränderungen hervorzurufen, die ihnen helfen, so lange unter Wasser zu bleiben.
Das Team von Dr. McKnight kam zu diesem Schluss, nachdem es eine Gruppe von Seehunden (Phoca vitulina ) das Tragen von nicht-invasiven Nahinfrarot-Spektroskopiegeräten, die die Blutzirkulationsmuster überwachen. Die als „PortaSeal“ bezeichneten Geräte wurden an den Köpfen und Schultern der Robben befestigt, um die Veränderungen zu verfolgen, die in ihren Körpern beim Schwimmen und Tauchen in einem quasi natürlichen Nahrungshabitat auftreten.
„Die Entdeckung, dass Robben, die physiologisch faszinierende Tiere sind, anscheinend aktiv die Kontrolle über ihr Kreislaufsystem ausüben können, ist wirklich aufregend“, sagt Dr. McKnight.
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Es ist bereits bekannt, dass Säugetiere eine Reihe automatischer kardiovaskulärer Reaktionen auf das Eintauchen in Wasser haben, darunter eine verringerte Herzfrequenz und eine Verengung der peripheren Blutgefäße in ihren Gliedmaßen und Extremitäten – ein Prozess, der als Tauchreflex der Säugetiere bezeichnet wird. Aber wir waren nicht in der Lage, das volle Ausmaß der Veränderungen zu sehen, die Meeressäuger wie Robben vor und während eines Tauchgangs durchmachen, weil wir nicht sehen konnten, was in ihrem Körper passiert, während sie leben und schwimmen.
Dr. McKnight und seine Kollegen fragten sich, ob die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS), die zur Überwachung des Blutflusses und der Sauerstoffsättigung im Gehirn verwendet wird, eine Lösung für dieses Problem darstellen könnte.
Bei NIRS wird fast infrarotes Licht (mit Wellenlängen zwischen 800 und 2.500 Nanometern) in den Kopf eines Patienten gestrahlt und dann das Spektrum des zurückreflektierten Lichts untersucht. Da unterschiedliche molekulare Bindungen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren, liefert der Bereich der reflektierten Wellenlängen Hinweise auf die Blutmenge, die durch die Gefäße im Gehirn des Patienten und das umgebende Gewebe fließt, sowie auf seine chemische Zusammensetzung.
Das Team von Dr. McKnight verwendete eine angepasste Version der NIRS-Technologie, die auch in der astronomischen und landwirtschaftlichen Bildgebung Anwendung findet, um Einblicke zu gewinnen, wie eine Gruppe von vier Seehunden Blut verteilt und ihre Sauerstoffversorgung beim Tauchen steuert.
Interessanterweise zeigten die Ergebnisse, dass Robben ihre peripheren Blutgefäße routinemäßig verengen und ihr zerebrales Blutvolumen etwa 15 Sekunden vor dem Eintauchen erhöhen. Diese vorausschauenden Anpassungen deuten darauf hin, dass die Blutumverteilung bei Robben unter einem gewissen Grad kognitiver Kontrolle steht und nicht einfach eine Reflexreaktion auf das Untertauchen ist. Robben erhöhen auch routinemäßig ihre zerebrale Sauerstoffversorgung zu einem konstanten Zeitpunkt während jedes Tauchgangs, obwohl sie keinen Zugang zu Luft haben.
„[Dies] gibt eine neue Perspektive auf die Fähigkeit, die grundlegenden physiologischen Reaktionen des Körpers zu kontrollieren“, sagt Dr. McKnight. „Diese Erkenntnisse mit nicht-invasiver tragbarer Technologie aus dem biomedizinischen Bereich zu gewinnen, bietet viele spannende zukünftige Forschungsmöglichkeiten. Wir können damit beginnen, Organe wie das Gehirn von Robben im offenen Ozean zu untersuchen, wo sie außergewöhnliche Kunststücke vollbringen können, wie z Hirntrauma.“