Механизми за адаптация на планински гъски към полети в Хималаите

Снимка 1: Изследователката Джесика Мейр с пилета от планински гъски в парка за водолюбиви птици Силван Хайтс (САЩ, Северна Каролина). Тук тя остана 3 седмици, за да образува отпечатък и да изчака времето, когато пилетата ще станат достатъчно големи, за да пътуват. Кредит: Джесика Меир, Институт по океанография на Скрипс към UCSD

Крилати завоеватели на планинските райони.

Трудни условия на полет

Отпечатване на пилета

Меир започна своите изследвания с отглеждане на птици, отпечатани върху нея. Формирането на импринтинг е както следва: излюпените пилета възприемат първия човек, когото виждат като родители. За да създаде ято птици, отпечатани върху него, Меир посети парка водоплаващи птици Силван Хайтс в Северна Каролина по време на излюпването, където гнездяха стадо планински гъски. След три седмици живот на пилетата, важни за формирането на отпечатъка, изследователят се върна във Ванкувър със своите домашни любимци.

В резултат на това птиците, отпечатани на Меир, я следват като истинските си родители. За да засили комуникацията с птиците, Меир прави редовни пътувания около UBC, където в момента провежда изследвания върху планинските си гъски като част от международна стипендия за научни изследвания от Службата за международна наука и инженерство на Националната научна фондация.

Снимка 2. Джесика Меир, заобиколена от своите 12 ученици

Установен е близък контакт между Меир и нейното стадо планински гъски, което ще им позволи да взаимодействат в тясно взаимодействие с птиците и да ги подготвят за експеримента, който ще започне веднага след като е готово цялото необходимо оборудване, повечето от които се сглобяват от самата Меир. Тези експерименти включват наблюдение на физиологичното състояние на птиците по време на полет във въздушен тунел, при определени условия на полет.

Тестове на аеродинамичен тунел

Преди да започне експериментът, електродите ще бъдат прикрепени към тялото на птицата, което води до специално устройство, което захранва и записва данни от електродите. Това устройство е прикрепено към тялото на птицата като малка раница. Освен това птицата ще бъде снабдена с маска с входни и изходни отвори, направени от стоматологични материали, за да контролира количеството въздух, вдишван и издишан от птицата.
След това птицата ще бъде поставена във аеродинамичен тунел. Веднага след като въздушният поток достигне стойностите, необходими за полет, Меир ще освободи птицата, за да продължи да лети в тунела.

Ниска концентрация на O2

Докато птицата е в тунела, скоростта на въздуха постепенно ще се увеличава и концентрацията на кислород в нея ще намалява, докато достигне стойностите на концентрацията на кислород в хималайските планини. В този случай се предполага да се регистрират различни показатели за дейността на сърдечно-съдовата и дихателната системи на птицата. Така че, с помощта на сензори, прикрепени към тялото на птицата, ще бъдат записани сърдечната честота, нивото на кислород и телесната температура. Количеството кислород, консумиран в полет, също ще бъде определено чрез събиране на въздуха, издишан през маската.

Меир планира да определи адаптацията на дихателната и сърдечно-съдовата система на планинската гъска към условия на голяма надморска височина, като изследва физиологичните разлики по време на полет във вятърен тунел при различни концентрации на кислород и в сравнение с други птици. В миналото са провеждани лабораторни изследвания на физиологията на планинските гъски, но за първи път ще бъдат проведени експерименти с използване на аеродинамичен тунел и симулиране на условия с ниско съдържание на кислород.

Физиологични адаптации към условия на голяма надморска височина

Някои физиологични адаптации на планински гъски към оцеляване на голяма надморска височина са извършени от други учени, използвайки други изследователски методи. Например, установено е, че планинските гъски имат по-голям белодробен капацитет от другите птици, което им позволява да поемат дълбоко въздух. Това означава, че по време на вдишване се подава повече въздух и следователно повече кислород.

Физиологичната адаптация на планинските гъски към оцеляване в условия на ниско съдържание на кислород също може да се отдаде на характеристиките на хемоглобина (протеин, открит в червените кръвни клетки, който осигурява транспорт на кислород), който е в състояние ефективно да се свързва с кислород, което е много важно при височинни условия с ниска концентрация на този газ. Така на един дъх планинските гъски извличат повече кислород от вдишания въздух, отколкото другите птици. След насищане на кръвта с кислород тя интензивно се движи по капилярната мрежа, която много плътно преплита мускулите на тези птици.

С този запас от кислород планинските гъски, в резултат на активен полет, могат да достигнат скорост до 50 мили в час. Възможно е с опашен вятър птиците да изминат разстоянието между Индия и Тибет със скорост над 1000 мили на ден.

Терморегулация
Какво гарантира оцеляването на планинските гъски при ниски температури по време на миграция през Хималаите? По време на активна мускулна дейност по време на полет се отделя огромно количество топлина. Запазването му се улеснява от специалната структура на перата на този вид птици. Той образува два особени топлоизолационни слоя - вътрешен и външен. Вътрешният слой е оформен от добре развити пухкави пера, външният слой е оформен от покриващите контурни пера, които са плътно прилежащи едно към друго. Външният слой предпазва тялото на птицата от замръзване на лед, което неминуемо би довело до увеличаване на теглото и смърт.

Въпреки това, Меир твърди, че механизмите за терморегулация на планинските гъски все още не са достатъчно проучени. Тя се надява, че нейното изследване в аеродинамичен тунел при условия на ниска концентрация на кислород, по време на което ще се следи телесната температура на планинските гъски, ще разшири разбирането за тяхната адаптация към студа.

Снимка 3: Възрастните планински гъски се отличават с две тъмни хоризонтални ивици, разположени на главата от око на око. Кредит: Кейти Кукер

Актуалност на изследването

Меир е очарован от планински гъски и ги смята за вид супер птици, оптимално адаптирани към живота в екстремни условия на високи планини, благодарение на разширяването на границите на физиологичните възможности и формирането на уникални адаптивни механизми. Изследователят също така вярва, че получените резултати ще позволят разработването на нови методи за лечение на човешки заболявания, свързани с нарушен обмен на газове в организма, като инсулт, инфаркт на миокарда, сърдечна недостатъчност и други посттравматични състояния.