Получать достаточное количество кислорода в воде — непростая задача. Если рыбы и многие другие водные животные дышат через жабры, извлекая кислород прямо из воды, то другим приходится проявлять изобретательность: они захватывают пузырьки воздуха с поверхности или удерживают его вокруг своего тела. Но есть и те, кто действует по-простому — задерживает дыхание, ныряет, а затем всплывает за новой порцией воздуха, повторяя этот процесс снова и снова.
Некоторые животные способны оставаться под водой поразительно долго. Но кто из них может не дышать дольше всех? И какие особенности организма позволяют им это делать?
Хотя время погружения показывает, как долго тот или иной вид обычно находится под водой, продолжительность может меняться в зависимости от причины, по которой животное остаётся на глубине.
«Есть разница между выживанием под водой (как долго животное может продержаться, прежде чем погибнет) и сознательной задержкой дыхания (как долго оно добровольно остаётся под водой)», — объяснил в электронном письме Live Science Вилко Верберк, доцент экологии Университета Радбауда в Нидерландах.
Например, некоторые животные могут оказаться в ловушке под водой. Муравьи, по наблюдениям, выживают в течение нескольких часов при принудительном погружении, но даже специализированные водные виды не ныряют добровольно дольше чем на минуту, рассказал Live Science Филип Мэтьюз, доцент Университета Британской Колумбии, изучающий дыхание насекомых.
Во-вторых, чтобы задерживать дыхание, животным нужны лёгкие, отметил Джон Спайсер, морской зоолог из Плимутского университета (Великобритания). «Задержка дыхания применима только к животным с лёгкими, причём к тем, у которых нет жабр (как у двоякодышащих рыб) или способности дышать через кожу (как у лягушек)», — написал Спайсер в электронном письме.
Абсолютные рекордсмены среди животных с лёгкими — некоторые пресноводные черепахи, например, бландингова черепаха (Emydoidea blandingii). Эти рептилии проводят зиму на дне рек и озёр в состоянии брумации (аналог спячки у рептилий) и могут оставаться под водой месяцами, что помогает им выживать, даже если они оказываются под слоем льда. Черепахи — эктотермы (холоднокровные), поэтому в холодное время их метаболизм замедляется, что позволяет экономить энергию и потреблять меньше кислорода.
«Многие виды пресноводных черепах при понижении температуры окружающей среды буквально «выключают» все процессы и могут оставаться под водой месяцами», — сказал Спайсер. «Если считать брумацию задержкой дыхания, то пресноводные черепахи оставляют всех конкурентов далеко позади».
Впрочем, эти черепахи немного «жульничают»: они поглощают небольшое количество кислорода из воды через клоаку — многофункциональное отверстие, которое также используется для размножения, откладывания яиц и выведения отходов.
Размер имеет значение
Размер тела играет ключевую роль в том, как долго животное может обходиться без дыхания, отметил Верберк.
«Размер тела — важный фактор: крупные животные способны задерживать дыхание дольше», — сказал он. «Это связано с тем, что запасы кислорода у них больше, а скорость его расходования — ниже (у крупных животных удельная потребность в кислороде меньше)».
Таким образом, соревнование за звание чемпиона по задержке дыхания разворачивается между крупными млекопитающими и эктотермами, такими как крокодилы и морские черепахи.
Рекорд среди млекопитающих принадлежит клюворылу Кювье (Ziphius cavirostris), который оставался под водой 222 минуты (3,7 часа). Другие киты тоже демонстрируют впечатляющие результаты: по данным исследования Верберка, Спайсера и их команды (2020), арктический клюворыл (Berardius arnuxii) продержался 153 минуты, а кашалот (Physeter macrocephalus) — 138 минут.
Киты достигают таких результатов благодаря ряду ключевых адаптаций:
-
замедляют сердечный ритм и метаболизм;
-
перенаправляют кровоток от менее важных органов, временно отключая печень и почки;
-
обладают высокой способностью накапливать и высвобождать кислород благодаря большому количеству дыхательных белков в мышцах (миоглобина) и крови (гемоглобина).
Кроме того, эти животные могут переключаться на анаэробный метаболизм, производя энергию без кислорода.
«Этот процесс очень неэффективен, медленен и приводит к накоплению молочной кислоты — для нас это экстренная мера», — пояснил Спайсер. «Но ныряющие млекопитающие лучше переносят этот процесс и нейтрализуют вредное воздействие кислоты».
Северные и южные морские слоны (Mirounga angustirostris и Mirounga leonina) также демонстрируют впечатляющие погружения — до двух часов, но, как отметил Спайсер, это происходит только в случае угрозы.
Победа за эктотермами
Хотя киты — рекордсмены среди млекопитающих, крупные холоднокровные животные могут оставаться под водой ещё дольше.
Пресноводный крокодил (Crocodylus johnstoni) провёл под водой 402 минуты (6,7 часа), почувствовав угрозу у поверхности. Но абсолютный рекорд принадлежит логгерхеду (Caretta caretta) — по данным исследования 2007 года, эта морская черепаха может не всплывать до 610 минут (10,2 часа), хотя в других работах максимальное время погружения фиксировалось на уровне 480 минут (8 часов).
У этих животных есть те же адаптации для экономии кислорода, что и у млекопитающих, но они также тратят меньше энергии, поскольку не нуждаются в поддержании постоянной температуры тела.
«Их энергозатраты могут быть вдвое ниже, чем у морских млекопитающих аналогичного размера, просто потому что им не нужно согревать себя физиологически», — сказал Спайсер. «Именно влияние температуры на метаболизм играет ключевую роль. Например, кожистые черепахи (Dermochelys coriacea) ныряют глубже большинства китов. А в холодной воде их метаболизм замедляется настолько, что они могут часами лежать на дне или отдыхать в подводных пещерах».
