Narvalar som släpptes efter att ha intrasslat i nät och utrustade med hjärtmonitorer utförde en serie djupdyk, simma hårt för att fly, medan deras hjärtfrekvenser sjönk till oväntat låga nivåer på tre till fyra slag per minut. Denna kombination av hård träning och låg puls utan att andas under vatten är kostsam och kan göra det svårt för de djupdykande valarna att få tillräckligt med syre till hjärnan och andra kritiska organ, enligt en ny studie.

"Hur springer du iväg medan du håller andan? Dessa är djupdykande marina däggdjur, men vi såg inte normala dyk under flyktperioden. Jag måste undra hur narvalar skyddar sina hjärnor och bibehåller syresättningen i den här situationen, sa Terrie Williams, en professor i ekologi och evolutionsbiologi vid UC Santa Cruz som har studerat träningsfysiologi hos ett brett spektrum av marina och landlevande däggdjur.

Williams är första författare till en artikel om de nya rönen som publicerades den 8 december Vetenskap . Narvalar, känd som "havets enhörningar" för de stora betar på hanarna, lever året runt i arktiska vatten. De har varit relativt isolerade från mänskliga störningar tills nyligen, när nedgången i arktisk havsis har gjort regionen mer tillgänglig för sjöfart, oljeprospektering, och andra mänskliga aktiviteter.

Narvalar som övervakades efter frisättning återgick gradvis till mer typiskt beteende och normala hjärtfrekvenser. Men Williams sa att hon oroar sig för att stressen från mänskliga störningar kan orsaka beteendereaktioner hos narvalar som är oförenliga med deras fysiologiska kapacitet. Deras naturliga flyktsvar för att undvika späckhuggare och andra hot innebär vanligtvis att de rör sig långsamt antingen till stora djup eller till grunda kustområden under istäcke där späckhuggare inte kan följa efter. "Det här är inte ett snabbt djur, " hon förklarade.

En minskad hjärtfrekvens (kallad bradykardi) är en normal del av däggdjursdykningssvaret, tillsammans med andra fysiologiska förändringar för att bevara syre. Hos narvalar, forskarna mätte vilopuls vid ytan av cirka 60 slag per minut. Under normala dyk (efter flyktperioden), deras hjärtfrekvenser sjönk till mellan 10 och 20 slag per minut, beroende på träningsnivå. Pulsen stiger normalt med ökad träning, även under ett dyk.

"Det är det som är så paradoxalt med det här flyktsvaret - det verkar ta bort träningssvaret och upprätthåller extrem bradykardi även när valarna tränar hårt, " sa Williams.

De extremt låga hjärtfrekvenserna som Williams observerade hos flyende narvalar liknar dem som ses hos djur med en "frysreaktion, "ett av två ömsesidigt uteslutande svar som djur kan ha på upplevda hot, det andra är ett "fight or flight"-svar som höjer hjärtfrekvensen och ämnesomsättningen. Narvalarna, i deras svar på en stressig situation, verkar kombinera delar av en fysiologisk frysreaktion med en beteendemässig flygreaktion, med potentiellt skadliga konsekvenser.

"För landlevande däggdjur, dessa motsatta signaler till hjärtat kan vara problematiska, "Sade Williams. "Rymmande marina däggdjur försöker integrera ett dyksvar ovanpå ett träningssvar ovanpå ett rädslasvar. Detta är mycket fysiologisk balansering, och jag undrar om djupdykande marina däggdjur är designade för att hantera tre olika signaler som kommer till hjärtat samtidigt."

Samma fenomen kan inträffa hos andra djupdykande valar när de störs av mänskligt genererat buller i haven, som har förknippats med strandningar av djupdykande valar som näbbvalar, Hon sa.

"Den desorientering som ofta rapporteras under strandningar av djupdykande valar får mig att tro att något har gått fel med deras kognitiva centra, ", sa Williams. "Kan detta bero på ett misslyckande med att upprätthålla normal syresättning av hjärnan?"

Hon beräknade att flyktdykningarna som hennes team övervakade i narvalar krävde 97 procent av djurets syretillförsel och ofta överskred dess aeroba dykgräns (vilket betyder utarmning av syrelagren i musklerna, lungor, och blod, följt av anaerob metabolism). Normala dyk av liknande varaktighet och djup använde bara cirka 52 procent av en narvals syreförråd, studien fann.

Studien genomfördes i Scoresby sund på Grönlands östkust, där medförfattare Mads Peter Heide-Jørgensen, en forskarprofessor vid Greenland Institute of Natural Resources, har studerat narvalar sedan 2012. Infödda jägare i området sätter ut nät för att fånga fisk, tätningar, och andra djur, inklusive narvalar. Heide-Jørgensen utvecklade ett samarbete med jägarna för att tillåta forskare att märka och släppa ut narvalar som fångats i näten. Han har använt satellittaggar för att studera rörelserna hos den östgrönländska narvalpopulationen.

Williams grupp vid UC Santa Cruz utvecklade unik märkningsteknik för marina däggdjur som gör det möjligt för forskare att övervaka träningsfysiologi under dyk genom att spela in elektrokardiogram, simrörelser (slagfrekvenser), och andra uppgifter. Taggarna fungerar ungefär som Fitbits-folket använder för att övervaka sina dagliga aktiviteter. För denna studie, vilopuls mättes i nio narvalar, och fem övervakades under dyken efter frisläppandet. Instrumenten fästes på narvalarna med sugkoppar och föll av efter en till tre dagar, flytande till ytan där de kunde återvinnas av forskarna.

I tidigare studier, Williams har använt instrumenten för att studera träningsfysiologi och dykresponser hos flasknosdelfiner, Weddell sälar, och andra arter. "Detta var vår första möjlighet att sätta taggarna på en djupdykande val för att övervaka dess fysiologiska och beteendemässiga svar, "Sa Williams. "Det hela började med arbetet med delfiner i våra anläggningar på Long Marine Laboratory."

Bland resultaten av hennes tidigare studier var en överraskande frekvens av hjärtarytmier hos delfiner och sälar under intensiv träning på djupet. De nya rönen ökar hennes oro över effekterna av störningar som orsakar en flyktrespons hos djupdykande marina däggdjur.

"Till skillnad från hot från rovdjur som späckhuggare, ljud från ekolod eller en seismisk explosion är svårt att undkomma. Problem kan börja om valarna försöker springa undan den, "Sade Williams. "Konsekvenserna av denna studie är försiktiga, visar att biologin hos dessa djur gör dem särskilt sårbara för störningar. Denna teknik har gett oss ett fönster in i narvalens värld, och det vi ser är alarmerande. Frågan är, vad ska vi som människor göra åt det?"