Горбатые киты могут переключаться в энергосберегающий режим при нехватке пищи

Фото из открытых источников

В периоды, когда волны тепла в океане нарушают доступ к пище, горбатые киты могут замедлять свой метаболизм, чтобы экономить энергию, при этом беременные самки подвергаются большему риску. Результаты исследования опубликованы в журнале iScience.

Жировый слой служит горбатому киту источником энергии, когда заканчивается пища. Во время морской тепловой волны в Тихом океане в 2014–2016 годах, известной как «Капля», исследователи ожидали, что голодные киты будут сжигать этот жир и в конечном итоге начнут расщеплять белок в своих собственных организмах.

Однако химические анализы, проведенные у трех самок, говорили об обратном. Их организмы, по-видимому, замедлили свою работу, используя меньше жира и уменьшая количество расщепляемого и восстанавливаемого белка.

Результаты исследования также свидетельствуют о том, что беременность снизила способность китов адаптироваться к дефициту питательных веществ.

«Из предыдущих отчетов нам известно, что во время «Большого пятна» численность и физическое состояние горбатых китов сократились», — сказал руководитель исследования Чинг-Цун Чанг из Гавайского университета в Маноа. «Здесь мы показываем физиологическую картину, лежащую в основе этих закономерностей: как киты адаптируют свой метаболизм, как меняется потребление питательных веществ и как может быть нарушена репродуктивная функция».

Исследовательская группа изучила китовый ус трех самок горбатых китов, найденных мертвыми на Гавайях в период с 2016 по 2021 год. Эти длинные пластины свисают с верхней челюсти и отфильтровывают пищу из морской воды.

Китовый ус непрерывно растёт и содержит кератин — вещество, из которого состоят ногти. В процессе роста он улавливает химические сигналы о строении тела кита, которые могут оставаться стабильными в течение десятилетий.

Исследователи собирали порошок с интервалом в 1 сантиметр вдоль пластин, которые в общей сложности охватывали почти восемь лет, с мая 2013 года по апрель 2021 года. Они измерили уровень прогестерона, гормона, уровень которого остается высоким во время беременности, и аминокислот, строительных блоков белка.

Кристи Вест, директор университетской лаборатории здоровья и помощи животным, сказала: «Китовый ус — это необыкновенный архив. Он позволяет нам с мельчайшими подробностями восстановить историю питания и размножения животного».

Жара привела к резкому сокращению численности криля и мелкой рыбы. Спутниковые данные помогли команде выявить сильную фазу аномальной жары с 2015 по начало 2016 года, за которой последовала затяжная фаза с конца 2016 года до середины 2018 года, когда криль в Аляскинском заливе оставался малочисленным, несмотря на похолодание воды.

Содержание азота в аминокислотах помогло исследователям отследить, сколько белка киты расщепляли и восстанавливали. Содержание углерода дало представление о том, сколько жира они использовали.

Результаты их удивили: во время жары и после нее киты, по-видимому, расходовали меньше жира и перерабатывали меньше белка, чем в обычные годы. Исследователи истолковали это как замедление метаболизма — процессов, обеспечивающих нормальное функционирование организма, — и предположили, что из-за плохого питания у животных стало меньше подкожного жира.

Команда также создала компьютерную модель энергетического баланса кита, предполагая, что успешность питания снизится на 75%. Модель предсказала небольшой первоначальный рост суточного потребления энергии, за которым последует резкое падение ниже уровня обычного года.

По данным ДНК, один из китов был идентифицирован как Спринтер, также известный как Хеллеборин, из реестра, включающего более 4200 горбатых китов Северного Тихого океана. Фотографии в базе данных Happywhale позволяют отнести ее к 19 августа 1993 года, к юго-востоку от Аляски и Британской Колумбии.

Ее видели 15 раз на Аляске, в Британской Колумбии и на Гавайях, и на момент смерти ей было более 28 лет. 25 марта 2021 года на фотографиях, сделанных недалеко от Лахайны, Мауи, в группе из примерно шести китов, образовалась большая рана за дыхательными отверстиями.

В течение следующей недели фотографии запечатлели множество движений на поверхности воды, включая удары грудными плавниками о воду. Последние фотографии хвоста были сделаны 2 апреля, а через 10 дней она выбросилась на берег в Вайманало на острове Оаху.

В ее последнем исследовании китового уса наблюдалось усиление переработки белка, что соответствовало активному периоду в обычный год. Уровень прогестерона оставался низким на протяжении всего периода наблюдения, не проявляя признаков беременности.

Еще одна самка длиной 13,4 метра выбросилась на берег острова Молокаи в январе 2020 года, будучи вынашивающей женский плод. На ее китовом усе сохранились следы этой беременности, а также, по-видимому, более ранней.

Эти две беременности дали команде возможность для сравнения. У китов, которые не были беременны, белковые сигналы оставались довольно стабильными во время жары, даже несмотря на снижение потребления жиров.

В период беременности снижались как переработка белков, так и использование жиров, и энергетическая модель предсказывала более резкое падение потребления энергии у беременных самок, чем у остальных. Беременные самки обычно используют как свои жировые, так и белковые запасы.

Исследователи предполагают, что эта зависимость оставляла беременным китам меньше возможностей справляться с нехваткой пищи. В данных о состоянии здоровья кита с острова Молокаи оставалась еще одна загадка. В 2017 и 2018 годах уровень прогестерона у нее повышался еще дважды: примерно на девять месяцев, а затем примерно на шесть.

Ни один из этих подъемов не длился достаточно долго для наступления полноценной беременности, и сигналы аминокислот из этих периодов не совпадали ни с ее менструальным циклом во время беременности, ни с периодом вне беременности.

Исследователи предполагают, что это могли быть преждевременные беременности или ложные беременности, при которых яичник продолжает вырабатывать прогестерон, как если бы беременность уже началась. Имеющиеся у них данные пока не позволяют определить, какой именно.

Охлаждающая вода не привела к немедленному возвращению к норме. В течение затянувшейся фазы показатели содержания белка и моделируемое потребление энергии варьировались более широко и снижались сильнее, чем в обычные годы.

Анализ, проведенный командой, показывает, что эти неблагоприятные годы оказали более сильное влияние на метаболизм, чем сама жара. Исследователи считают, что киты не полностью восстановились и что дефицит энергии накапливался со временем.

Другие исследования выявили аналогичные признаки проблем. В отчете NOAA за 2022 год отмечалось необычное истощение более чем у 10% китов, наблюдавшихся в местах кормления в заливе Аляска в период с 2016 по 2021 год. Долгосрочный мониторинг также зафиксировал резкое снижение продуктивности телят во время и после «волнения».

Другие исследования показали, что для восстановления численности горбатых китов и репродуктивного успеха после сильных периодов жары требовалось несколько лет.

Но три кита не могут рассказать историю всей популяции. Кроме того, данные о беременных и небеременных особях охватывали разные периоды аномальной жары, что затрудняло отделение влияния жары от различий между отдельными людьми.

Для изучения использования жиров были использованы данные измерений содержания углерода только от двух китов. Энергетическая модель основывалась на предположениях, полученных в ходе более ранних исследований, и никто напрямую не измерял, чем питались эти киты во время аномальной жары, поэтому ее результаты представляют собой скорее прогнозы, чем измерения.

Все три принадлежали к популяции, размножающейся вокруг Гавайских островов, где у китов наблюдались признаки физического стресса и было меньше детенышей.

Популяции горбатых китов, размножающихся у берегов Мексики и Центральной Америки, оставались относительно стабильными, и исследователи хотят изучить китовый ус других тихоокеанских популяций, чтобы понять, почему это происходит.