Hvaler kan også få dykkersyge – derfor skal de ikke forstyrres

Danmark har til trods for vores få arter af havpattedyr et meget stærkt og internationalt anerkendt forskningsfelt inden for hvalforskning.

Samtidig udmærker den danske hvalforskning sig ved at have et rigtig godt samarbejde på tværs af universiteter og landsdele.

Denne artikel handler om et par af de spændende, nye forskningsresultater, der er fremkommet i Danmark centreret om vores mest almindelige hval, marsvinet.

Dykkerefleksen gør marsvinet i stand til at leve under vand

Marsvinet er tilpasset til havet og har kun brug for ilt fra overfladen for at udfolde sit hele liv under vandet. Marsvinet jager og fanger bytte, følger med gruppen, finder sin mage, parrer sig, ammer sine unger osv., mens de holder vejret under vandet.

Men hvordan undgår disse at pattedyr at få dykkersyge, som vi kender det fra menneskelige scubadykkere?

Når pattedyr dykker, mennesker såvel som hvaler, reagerer kroppen med et særligt respons kaldet dykkerefleksen. Dykkerefleksen nedsætter hjerteraten, såkaldt bradykardi, og reducerer blodtilstrømningen til de ydre dele af kroppen.

Med andre ord: Blodcirkulationen begrænses, så kun de mest livsvigtige og nødvendige funktioner opretholdes; i særdeleshed hjerte og hjerne.

Det betyder altså, at hvaler, herunder marsvinet, skal udfolde en stor del af deres livsfunktioner med nedsat hjerterate og begrænset blodcirkulation, for eksempel under jagt.

Ilten oplagres dels i lungerne, men primært i blodet i hæmoglobin og i musklernes myoglobin (myoglobin er et molekyle, der overtager ilt fra blodets hæmoglobin og binder i musklerne).

Hvaler har derfor en meget høj koncentration af myoglobin, hvorfor deres muskler er langt mørkere end hos landlevende (terrestriske) pattedyr. Så hvordan justerer et marsvin sin adfærd til disse tilpasninger til livet under overfladen, uden at det resulterer i dykkersyge?

Marsvinedykketræning i Kerteminde

Et forskerhold fra Aarhus Universitet anført af ph.d.-studerende Siri Elmegaard har for nyligt undersøgt, hvorvidt marsvin forbereder sig på dyk af bestemte varigheder, inden de dykker ned, således at iltforbruget passer undervejs.

Iltforbruget under dykning afhænger nemlig af hjerterate, muskelbelastning og blodcirkulation i den perifere del af kroppen, og dykkevarigheden afhænger af mængden af tilgængelig ilt i blod og muskler, samt hastigheden hvorved ilten forbruges.

Det er altså afgørende, at iltforbruget tilpasses den forventede dykketid eller aktivitetsniveau. Forskerne forventede derfor, at marsvin måtte tilpasse deres hjerterate til et planlagt dyk.

LÆS OGSÅ: Kæmpeprojekt: Alt liv i de danske have skal kortlægges med DNA-test

Gennembrud: Hvaler gør sig mentalt klar til at dykke

For at undersøge hypotesen, trænede forskerne tre marsvin på forskningsinstitutionen og turistattraktionen Fjord&Bælt i Kerteminde til dyk af bestemte varigheder: Et kort dyk på 20 sekunder eller et langt dyk på 80 sekunder. Et signal fortalte marsvinet, om det var det korte eller det lange dyk, det skulle udføre, ellers var der ingen forskel på dykkene.

Dyret var samtidigt udstyret med en datalogger, der blandt andet kunne måle dets hjerterate.

Resultaterne viste, at marsvinet allerede inden for de første 15 sekunder af et dyk indstillede sig til den forventede varighed.

Det betyder, at hjerteraten blev tilpasset den forventede dykkelængde, således at marsvinene havde en lavere hjerterate – og dermed et lavere iltforbrug – under det lange dyk og en højere hjerterate med et højere iltforbrug under kortere dyk.

Det er første gang, det er påvist, at hvaler kognitivt forbereder sig på et dyk.

LÆS OGSÅ: Vildt! Hvaler styrer pulsen ved tankens kraft

Mystisk hjerterate undrer forskere

Et andet hold forskere fra Aarhus Universitet anført af Birgitte McDonald gik herefter videre for at undersøge, hvordan hjerteraten blev tilpasset til marsvinets aktivitet under dyk.

Det undersøgte de ved på ny at udstyre marsvinene på Fjord&Bælt med dataloggere og herefter bede dem fange fisk i bassinet. På denne måde kunne forskerne måle hjerteraten, mens hvalerne fangede fisk.

På baggrund af forsøg med delfiner forventede forskerne, at hjerteraten ville stige med aktivitetsniveauet. Men stik imod forventningen viste forsøget, at hjerteraten ikke steg, selvom aktivitetsniveauet under byttefangst steg med 30-50 procent.

Det kan ifølge forskerne betyde to ting: Enten skyldes det, at marsvin under de relativt lave dyk i fangenskab ikke udviser fuld bradykardi (dvs. langsom hjerterytme), og at der derfor er en kontinuerlig, om end lavere, adgang til ilt fra lungerne, Det muliggør det højere aktivitetsniveau uden en tilsvarende stigning i hjerterate.

Eller også skyldes det, at marsvin på grund af deres høje stofskifte (som vi kommer ind på senere) er nødt til at spare på ilt, så der altid er nok ilt til hjerne og hjerte, selv under sådanne korte og lave dyk, som blev udført i fangenskab.

Så hvordan hænger alt dette sammen med dykkersyge, som vi kender fra menneskelige scubadykkere?

Hvalens dykkerefleks kommer den til undsætning

Dykkersyge skyldes, at kvælstof under tryk i lungerne trænger ud (diffunderer) i blodet og derfra ind i tilstødende væv under dyk. Jo længere dykket varer, og jo større dybden er (større tryk), des mere kvælstof diffunderer ud i vævet.

Hvis ikke kvælstoffet når at diffundere tilbage i blodet og ud i lungerne, inden dykkeren når vandoverfladen, vil kvælstoffet udvide sig og boble i vævet eller blodet som en rystet nyåbnet sodavand.

Herved kan kvælstoffet give skader, som i værste fald forårsager døden. Opstigningshastigheden skal derfor tilpasses dykkets dybde og varighed, således at kvælstoffet kommer tilbage i blodet og ud i lungerne, inden dykkeren når overfladen.

De samme fysiske principper gælder selvfølgelig i hvaler, da det er ren fysik, men på grund af dykkerefleksen begrænses blodcirkulationen fra lungerne og dermed også diffusion af kvælstof fra blod til væv.

LÆS OGSÅ: Forskere finder spøjs forhistorisk hval, der havde fire ben og lignede en odder

Forstyr ikke marsvinet – så kan det ikke styre sit hjerte

Marsvin har kognitiv styret vejrtrækning. Det betyder, at de bevidst trækker vejret i modsætning til landpattedyr, der har reflektorisk vejrtrækning. Man kan for eksempel vanskeligt bedøve en hval.

Som forsøget oven for viste, ser det ud til, at hvaler selv kontrollerer deres hjerterate i forhold til det dyk, de skal ud på.

Det betyder derfor også, mener forskerne anført af Siri Elmegaard, at hvis hvaler forstyrres, kan de afledes fra at regulere deres dyk og dermed få dykkersyge på samme måde som mennesker, der stiger for hurtigt til overfladen.

Da for eksempel marsvin laver rigtig mange dyk på lave dybder, hvor der ikke er fuld bradykardi, og hvor trykforskellen er størst, er der risiko for, at der oplagres kvælstof i vævet. Det er derfor afgørende, at de ikke pludselig dykker meget længe eller meget dybt uden at regulere dykkerefleksen tilsvarende.

Støj fra skibe bringer marsvin i knibe

Det forskerne frygter er, at marsvin glemmer at regulere deres dyk, hvis de forstyrres af for eksempel kraftig undervandsstøj.

Dét, ved man, har givet dykkersyge med døden til følge hos dybtdykkende næbhvaler, der blev forskrækkede over militære øvelser med anti-ubådssonar, og man har tilsvarende mistanke til en massestranding af marsvin i Danmark i forbindelse med en flådeøvelse.

Den militære sonar udsender nemlig lyd med ca. samme frekvens som spækhuggere, der jager både marsvin og næbhvaler, og de bliver derfor bange for sonarlyden, da lyden potentielt kunne være fra et farligt rovdyr.

Lyden af den militære sonar fik derfor næbhvalerne til at glemme deres normale dykkeadfærd, ligesom en scubadykker der går i panik og glemmer sine sikkerhedsstop på vej op. For næbhvalerne resulterede det i dykkersyge og død.

Kognitiv vejrtrækning og dykkerespons kan derfor have voldsomme omkostninger i forbindelse med menneskelige forstyrrelser.

Du kan læse mere om problemet med marsvin og skibsstøj i danske farvande i Videnskab.dk-artiklen 'Marsvin flygter fra skibsstøjen i de danske farvande'.

Undersøgelser af marsvinenes stofskifte

Et andet nyligt studie udført af Laia Rojano-Doñate og kolleger fra Aarhus Universitet har undersøgt stofskiftet hos marsvin, dels med dobbeltmærket vand i fangenskab og dels ved at sætte dataloggere på vilde marsvin for at måle deres åndedræt, da iltforbrug følges ad med energiforbrug.

Studiet viste, at trænede marsvin fra Fjord&Bælt havde samme stofskifte som vilde marsvin, og at iltforbruget stiger, når dyret æder.

Derfor er iltforbruget størst for vilde marsvin om natten, hvor de primært jager, og for marsvin i fangenskab om dagen, hvor de fodres.

Studiet viste også, at marsvin har et markant højere energiforbrug end landpattedyr af tilsvarende størrelse. Faktisk ca. 40 procent højere.

LÆS OGSÅ: Grønlandske marsvin udnytter hele Nordatlanten

En tyk krop koster energi

Ifølge forskerne hænger den større energiomsætning sammen med det større varmetab, der sker til omgivelserne, da vand er en effektiv varmeleder. For at kompensere herfor opbygger marsvin et tykt lag spæk fra sommer til midt-vinter, hvorefter de begynder at bruge af den oplagrede energi, indtil det bliver sommer igen.

Årsagen til at dyrene bruger af spækket er, at det koster mere energi at flytte en tykkere krop gennem vandet, end en tyndere krop.

På et tidspunkt kan det derfor ikke længere betale sig at oplagre energi fremfor at bruge det, man allerede har.

Denne rytme styres tilsyneladende af dagslængden. Det betyder, at det er afgørende, at marsvin har mulighed for at oplagre den nødvendige energi henover efteråret for at kunne klare sig igennem vinteren.

Forskerne beregnede, at et marsvin har brug for at indtage 15 kJ fisk i minuttet for at imødese energibehovet. Det svarer til, at de skal æde otte procent af deres kropsvægt per døgn, hvilket svarer til ca. ét ton fisk per år per marsvin.

Betyder det så, at marsvin æder alle de fisk, vi gerne selv vil fange og leve af? Det spørgsmål svarer det sidste studie på.

Stjæler marsvin vores fisk?

Udregningerne på marsvins høje stofskifte komplementerer rigtig godt et andet nyere studie fra præcis samme område i de indre danske farvande.

Danuta Wisniewska og kollegaer fra Aarhus Universitet viste via dataloggere på vilde marsvin, at marsvin jager op mod 500 småfisk i timen med 90 procent succes. Til gengæld er fiskene kun mellem 3-10 cm lange og hører altså ikke til blandt de fisk, mennesker forbruger.

Det betyder, at marsvin skal bruge en meget stor del af deres tid på jagt, og hvis de forhindres heri, for eksempel hvis de skræmmes væk af støj fra skibe, sonarer eller lignende, eller flytter sig til et område med for få fisk, kan de hurtigt komme til at sulte og må bruge af den oplagrede spæk, der ellers skulle isolere mod varmetab til vandet.

Det koster mere energi at fryse, og spækforbrændingen kan derfor begynde en negativ spiral, hvor spækket hurtigt bruges op. Samtidig kan det føre til sekundære effekter som dårligere immunforsvar og nemmere adgang for parasitter, virus og bakterier, når marsvinet sulter.

LÆS OGSÅ: Økosystem går i fisk: Nedtur for vigtige fiskearter i Nordsøen

Sultende marsvin kan dø på en uge

Laia Rojano-Doñate og kolleger beregnede, at et sultende marsvin vil tabe et halvt kg spæk i døgnet. Uden at medregne det forhøjede energiforbrug ved den forøgede termoregulering, betyder det, at et marsvin vil have brugt sit spæk op inden for nogle få uger afhængigt af dyrets størrelse.

Da termoreguleringen er bekostelig, og da en del af spækket ikke kan forbrændes, kan et marsvin om vinteren sulte ihjel på en uge.

Det er derfor afgørende, at marsvin har ro til at fylde på spækreserverne fra eftersommer til vinter, så de har nok spæklag til perioden, hvor vandet er allerkoldest, og marsvinet har allermest brug for sit spæklag.

Dette gælder i særdeleshed gravide og diegivende hunner.

Danske studier leverer vigtig hvalviden

De præsenterede studier leverer vigtig viden om marsvin, da de alle bidrager til beregninger af, hvor meget menneskelige forstyrrelser koster både for de enkelte individer og for hele populationer.

Studierne er derfor afgørende for en succesfuld forvaltning af svært tilgængelige arter som havpattedyr.

Denne artikel er oprindeligt publiceret i magasinet 'Kaskelot' #226 i august 2019. Dette er en let redigeret version.

LÆS OGSÅ: Døde hvaler fortæller om smitsomme sygdomme og forandringer i klima

LÆS OGSÅ: Marsvin flygter fra skibsstøjen i de danske farvande