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.
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 —
анаэробный — тип получения энергии, 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-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.