Механизмы адаптации горных гусей к перелетам в условиях Гималаев
Представьте себе женщину, едущую на скутере по улице и летящую рядом с ней, почти клюв к щеке, крупную птицу. Возможно это жуткая сцена знаменитого фильма ужасов «Птицы» Хичкока.

Фото 1: Исследователь Джессика Меир с птенцами горных гусей в Sylvan Heights Waterfowl Park (США, Северная Каролина). Здесь она находилась в течение 3-х недель для формирования импринтинга и ожидания времени, когда птенцы станут достаточно взрослыми для путешествия. Предоставлено: Jessica Meir, Scripps Institute of Oceanography at UCSD

 

Крылатые покорители высокогорий.

Нет: это хорошо продуманная сцена из современных исследовательских проектов по изучению горных гусей, проводимых Джессикой Меир (Jessica Meir) из University of British Columbia (UBC) в Ванкувере, Канада. Меир изучает уникальную способность горных гусей преодолевать холод, сильные ветры и низкое содержание кислорода в условиях высокогорных Гималаев во время миграционных перелетов от кормовых угодий в Южной Азии к летним гнездовьям на центрально-азиатском высокогорье. Горные гуси относятся к одним из самых высоколетающих птиц, представители этого вида регистрировались даже над Эверестом.

Сложные условия перелета

Цель исследования Meir состоит в определении, как горные гуси переносят недостаток кислорода в условиях Гималаев. Она хочет узнать, каким образом горные гуси обеспечивают потребности организма в кислороде во время полета над Гималаями. Высота полета этого вида значительна. Вызывает удивление тот факт, что во время полета потребности организма в кислороде увеличиваются в 10-20 раз по сравнению с таковыми в период покоя, а воздух над вершинами Гималайских гор содержит на 2 трети меньше кислорода в сравнении с содержанием кислорода в воздухе над уровнем моря.

 Импринтинг птенцов

Meir начала свое исследование с воспитания импринтированых на нее птиц. Формирование импринтинга происходит следующим образом: вылупившиеся птенцы воспринимают в качестве родителей первого кого они видят. Для создания стаи птиц заимпринтированных на нее, Меир посетила в период вывода птенцов Sylvan Heights Waterfowl Park в Северной Каролине, где гнездилась стая горных гусей. После трех недель жизни птенцов, важных в формировании импринтинга, исследователь вернулась в Ванкувер вместе со своими питомцами.

В результате, птицы, заимпринтированные на Meir следуют за ней как за настоящими родителями. Для усиления связи с птицами Меир осуществляет регулярные выезды вокруг UBC, где она в настоящее время проводит исследования своих горных гусей в рамках международного научно-исследовательского гранта National Science Foundation Office of International Science and Engineering.

Фото 2. Джесика Меир в окружении ее 12 воспитанников Предоставлено: Jessica Meir, Scripps Institution of Oceanography at UCSD

Между Meir и ее стайкой горных гусей установился тесный контакт, это позволит тесно взаимодействовать с птицами и подготовить их к проведению эксперимента, который начнется, как только будет подготовлено все необходимое оборудование, над сборкой большей части которого работает сама Meir. Эти эксперименты предполагают мониторинг за физиологическим состоянием птицам во время полета в аэродинамической трубе, в заданных условиях полета.

Испытания в аэродинамической трубе

Перед началом эксперимента к телу птицы будут прикреплены электроды, ведущие к специальному устройству, питающему и осуществляющему запись данных с электродов. Это устройство крепится к телу птицы наподобие небольшого рюкзака. Кроме того, птица будет снабжена маской с входным и выходным отверстиями, выполненной из стоматологических материалов, позволяющей контролировать количество вдыхаемого и выдыхаемого птицей воздуха.
После этого птица будет помещена в аэродинамическую трубу. Как только скорость воздушного потока достигнет необходимых для полета значений, Meir выпустит птицу для продолжения полета в тоннеле.

Низкая концентрация О2

Во время пребывания птицы в тоннеле, скорость движения воздуха будет постепенно увеличиваться, а концентрация кислорода в нем снижаться до тех пор, пока не достигнет значений концентрации кислорода в условиях гималайского высокогорья. При этом предполагается регистрация различных показателей деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем птицы. Так, с помощью датчиков, прикрепленных к телу птицы, будут фиксироваться частота сердечных сокращений, уровень кислорода и температура тела. Также будет определяться количество потребленного в полете кислорода с помощью сбора выдыхаемого через маску воздуха.

Meir планирует посредством выяснения физиологических различий во время полета в аэродинамической трубе при различных концентрациях кислорода и в сравнении с другими птицами определить адаптацию дыхательной и сердечно-сосудистой систем горного гуся к условиям высокогорья. Ранее проводились лабораторные исследования физиологии горного гуся, однако эксперименты с использованием аэродинамической трубы и имитацией условий низкого содержания кислорода будут проводиться впервые.

Физиологические приспособления к условиям высокогорий

Отдельные физиологические приспособления горных гусей к выживанию в условиях больших высот проводились другими учеными при помощи иных исследовательских методов. Так, установлено, что горные гуси имеют больший объем легких, нежели другие птицы, что позволяет им делать глубокий вдох. Это означает, что во время вдоха поступает больший объем воздуха и, следовательно, большее количество кислорода.

К физиологическому приспособлению горных гусей к выживанию в условиях низкого содержания кислорода можно отнести и особенности гемоглобина (белок, содержащийся в эритроцитах и обеспечивающий транспорт кислорода), способного эффективно связываться с кислородом, что очень важно в условиях высокогорий при низкой концентрации этого газа. Таким образом, за один вдох горные гуси извлекают из вдыхаемого воздуха больше кислорода, по сравнению с другими птицами. После насыщения крови кислородом, она интенсивно движется по капиллярной сети, что очень густо оплетает мышцы этих птиц.

При таком обеспечении кислородом горные гуси в результате активного машущего полета могут развивать скорость до 50 миль в час. Возможно, при попутном ветре птицы могут преодолевать расстояние между Индией и Тибетом со скоростью в более чем 1000 миль в день.

Терморегуляция
Что обеспечивает выживание горных гусей в условиях низких температур во время миграции через Гималаи? Во время активной мышечной деятельности при перелете выделяется огромное количество тепла. Его сохранению способствует особое строение перьевого покрова этого вида птиц. Он образует два своеобразных теплоизоляционных слоя – внутренний и наружный. Внутренний слой формируют хорошо развитые пуховые перья, наружный – плотно прилегающие друг к другу кроющие контурные перья. Внешний слой предохраняет тело птицы от намерзания льда, что неизбежно привело бы к увеличению ее веса и гибели.

Несмотря на это, Меир утверждает, что терморегуляционные механизмы горных гусей еще не изучены в достаточной степени. Она надеется, что ее исследование в аэродинамической трубе в условиях низкой концентрации кислорода в ходе, которого будет осуществляться мониторинг за температурой тела горных гусей позволит расширить представление о их адаптациях к холоду.

Фото 3: отличительным признаком взрослых горных гусей являются две темные горизонтальные полосы, располагающиеся на голове от глаза к глазу. Предоставлено: Katie Kuker

Актуальность исследований

Меир очарована горными гусями и считает их своеобразными супер птицами, оптимально приспособленными к жизни в экстремальных условиях высокогорий, благодаря расширению границ физиологических возможностей и формированию уникальных адаптационных механизмов. Исследователь также считает, что полученные результаты позволят разработать новые методы лечения заболеваний человека, связанных с нарушением газообмена в организме, таких как инсульт, инфаркт миокарда, сердечная недостаточность и другие посттравматические состояния.

Источник Лили Уайтмен, Национальный Научный Фонд