I narvali rilasciati dopo essere rimasti impigliati nelle reti e dotati di cardiofrequenzimetri hanno eseguito una serie di immersioni profonde, nuotando forte per fuggire, mentre la loro frequenza cardiaca è scesa a livelli inaspettatamente bassi di tre o quattro battiti al minuto. Questa combinazione di duro esercizio e bassa frequenza cardiaca mentre non si respira sott'acqua è costosa e potrebbe rendere difficile alle balene che si immergono in profondità ottenere abbastanza ossigeno al cervello e ad altri organi critici, secondo un nuovo studio.

"Come scappi trattenendo il respiro? Questi sono mammiferi marini che si tuffano in profondità, ma non stavamo vedendo immersioni normali durante il periodo di fuga. Devo chiedermi come i narvali proteggano il loro cervello e mantengano l'ossigenazione in questa situazione, " ha detto Terrie Williams, un professore di ecologia e biologia evolutiva all'UC Santa Cruz che ha studiato fisiologia dell'esercizio in una vasta gamma di mammiferi marini e terrestri.

Williams è il primo autore di un articolo sulle nuove scoperte pubblicato l'8 dicembre in Scienza . Narvali, conosciuti come "unicorni del mare" per le grosse zanne dei maschi, vive tutto l'anno nelle acque artiche. Sono stati relativamente isolati dai disturbi umani fino a poco tempo fa, quando il calo del ghiaccio marino artico ha reso la regione più accessibile alla navigazione, esplorazione petrolifera, e altre attività umane.

I narvali monitorati dopo il rilascio sono gradualmente tornati a comportamenti più tipici e a frequenze cardiache normali. Ma Williams ha detto di temere che lo stress causato dai disturbi umani possa causare risposte comportamentali nei narvali che non sono coerenti con le loro capacità fisiologiche. La loro risposta di fuga naturale per evitare le orche e altre minacce in genere comporta il movimento lento verso grandi profondità o in aree costiere poco profonde sotto la copertura di ghiaccio dove le orche non possono seguire. "Questo non è un animale veloce, " lei spiegò.

Una frequenza cardiaca ridotta (chiamata bradicardia) è una parte normale della risposta in immersione dei mammiferi, insieme ad altri cambiamenti fisiologici per conservare l'ossigeno. Nei narvali, i ricercatori hanno misurato la frequenza cardiaca a riposo sulla superficie di circa 60 battiti al minuto. Durante le immersioni normali (dopo il periodo di fuga), la loro frequenza cardiaca è scesa tra 10 e 20 battiti al minuto, a seconda del livello di esercizio. La frequenza cardiaca normalmente aumenta con l'aumento dell'esercizio, anche durante un'immersione.

"Questo è ciò che è così paradossale in questa risposta di fuga:sembra annullare la risposta all'esercizio e mantiene un'estrema bradicardia anche quando le balene si esercitano duramente, " ha detto Williams.

Le frequenze cardiache estremamente basse che Williams ha osservato nei narvali in fuga sono simili a quelle osservate negli animali con una "reazione di congelamento, "una delle due risposte mutuamente esclusive che gli animali possono avere alle minacce percepite, l'altro è una risposta "combatti o fuggi" che aumenta la frequenza cardiaca e il metabolismo. I narvali, nella loro risposta a una situazione stressante, sembrano combinare elementi di una reazione di congelamento fisiologico con una reazione di fuga comportamentale, con conseguenze potenzialmente dannose.

"Per i mammiferi terrestri, questi segnali opposti al cuore possono essere problematici, " Williams ha detto. "I mammiferi marini in fuga stanno cercando di integrare una risposta in immersione in cima a una risposta all'esercizio in cima a una risposta alla paura. Questo è un sacco di equilibrio fisiologico, e mi chiedo se i mammiferi marini che si immergono in profondità siano progettati per affrontare tre diversi segnali che arrivano al cuore contemporaneamente".

Lo stesso fenomeno può verificarsi in altre balene che si immergono in profondità quando sono disturbate dal rumore generato dall'uomo negli oceani, che è stato associato a spiaggiamenti di cetacei che si immergono in profondità come lo zifio, lei disse.

"Il disorientamento spesso riportato durante gli spiaggiamenti delle balene che si immergono in profondità mi fa pensare che qualcosa sia andato storto nei loro centri cognitivi, "Ha detto Williams. "Questo potrebbe derivare da un fallimento nel mantenere la normale ossigenazione del cervello?"

Ha calcolato che le immersioni di fuga monitorate dalla sua squadra nei narvali richiedevano il 97 percento dell'apporto di ossigeno dell'animale e spesso superavano il limite delle immersioni aerobiche (ovvero l'esaurimento delle riserve di ossigeno nei muscoli, polmoni, e sangue, seguito da metabolismo anaerobico). Immersioni normali di durata e profondità simili utilizzavano solo circa il 52 percento della riserva di ossigeno di un narvalo, lo studio ha trovato.

Lo studio è stato condotto a Scoresby Sound, sulla costa orientale della Groenlandia, dove il coautore Mads Peter Heide-Jørgensen, un professore di ricerca presso l'Istituto di risorse naturali della Groenlandia, studia i narvali dal 2012. I cacciatori indigeni della zona mettono le reti per catturare i pesci, foche, e altri animali, compresi i narvali. Heide-Jørgensen ha sviluppato una collaborazione con i cacciatori per consentire agli scienziati di etichettare e rilasciare i narvali catturati nelle reti. Ha usato tag satellitari per studiare i movimenti della popolazione di narvali della Groenlandia orientale.

Il gruppo di Williams presso l'UC Santa Cruz ha sviluppato una tecnologia di etichettatura unica per i mammiferi marini che consente ai ricercatori di monitorare la fisiologia dell'esercizio durante le immersioni registrando elettrocardiogrammi, movimenti di nuoto (frequenza di bracciate), e altri dati. I tag funzionano in modo molto simile ai Fitbits che le persone usano per monitorare le loro attività quotidiane. Per questo studio, la frequenza cardiaca a riposo è stata misurata in nove narvali, e cinque sono stati monitorati durante le immersioni dopo il rilascio. Gli strumenti sono stati attaccati ai narvali con ventose e sono caduti dopo uno o tre giorni, galleggiando in superficie dove potrebbero essere recuperati dagli scienziati.

Negli studi precedenti, Williams ha utilizzato gli strumenti per studiare la fisiologia dell'esercizio e le risposte in immersione nei delfini tursiopi, foche di Weddell, e altre specie. "Questa è stata la nostra prima opportunità di mettere i tag su una balena che fa immersioni profonde per monitorare le sue risposte fisiologiche e comportamentali, "Ha detto Williams. "Tutto è iniziato con il lavoro sui delfini nelle nostre strutture al Long Marine Laboratory".

Tra i risultati dei suoi studi precedenti c'era una sorprendente frequenza di aritmie cardiache nei delfini e nelle foche durante un intenso esercizio in profondità. Le nuove scoperte si aggiungono alle sue preoccupazioni sugli effetti dei disturbi che causano una risposta di fuga nei mammiferi marini che si immergono in profondità.

"A differenza delle minacce di predatori come le orche assassine, il rumore del sonar o un'esplosione sismica è difficile da sfuggire. I problemi possono iniziare se le balene cercano di fuggire, " Williams ha detto. "Le implicazioni di questo studio sono cautelative, dimostrando che la biologia di questi animali li rende particolarmente vulnerabili ai disturbi. Questa tecnologia ci ha aperto una finestra sul mondo del narvalo, e quello che vediamo è allarmante. La domanda è, cosa faremo noi come esseri umani al riguardo?"