幕后文章是与国家科学基金会合作提供给生活方面的。我的主要研究兴趣是极端环境中的生理学，尤其是氧气水平较低的生理学。
在这种“低氧”环境中壮成长的动物是研究其生理学如何反应的理想物种。此外，研究对高海拔，冬眠或潜水环境中动物缺氧的适应能力可能会提供理解和治疗人类医学问题的见解，例如心脏病发作和中风。我最近的博士学位论文的重点是一些最有成就的潜水动物的潜水生理学：企鹅皇帝和大象印章。企鹅皇帝一次呼吸可潜水近30分钟，北象密封的记录介绍了将近两个小时！这两个物种都可以深入深度- 企鹅皇帝大于1,500英尺，大象印章的近5,000英尺（将近一英里！）。有充分记录的是，可以很好地潜水的动物增强了体内的氧气储存能力，这是通过增加的血量和较高水平的血液和肌肉中带有氧气的蛋白质（血红蛋白和肌球蛋白）来实现的。在我的论文顾问的实验室中保罗·庞加尼斯（Paul Ponganis）在圣地亚哥分校的Scripps海洋学研究所中，我们使用各种方法来研究这些动物如何管理其氧气商店以实现这种非凡的潜水。在南极，我们在McMurdo Sound的Sea-Ice上建立了企鹅牧场。在研究期间，我们在营地的冰上钻了两个潜水孔，使企鹅皇帝在下面的海洋中自由潜水。在北加州，我们学习大象海豹在海上潜水时。我们在这些动物上部署了背包风格的记录，以记录其潜水时的生理反应。我们的工作由国家科学基金会（NSF）资助，揭示了有助于这些动物潜水能力的非凡生理反应和适应。例如，一项研究表明，潜水皇帝企鹅的心率明显低于其休息时心率。在一个令人印象深刻的18分钟潜水中，其心率下降到每分钟三节，每分钟持续六分钟，在潜水中持续了五分钟以上。由于心率是利用多少氧气的一个很好的指标，因此潜水期间的心率降低对应于氧气的保存，从而使动物能够潜水更长的时间。为了直接查看氧气耗竭，我们还使用氧电极在潜水过程中测量了血液中的氧气水平。该电极连续测量了血液中的氧气量，记录了潜水过程中氧气耗尽的速率和程度，并为我们提供了这些动物如何管理其氧气储存的知识。皇帝企鹅和大象印章都可以忍受血液中极低的氧气，远低于人类和其他动物的极限。这有助于他们有效地管理氧气，并有助于他们潜水和获取食物的能力。结合其增强的氧气储存，其他生理反应（例如心率降低）以及诸如游泳样式及其流体动力体形之类的因素，这些动物在水下环境中非常适合繁荣发展。现在我已经完成了博士学位。与潜水动物一起工作，我将与另一个杰出的物种进行研究：高空棒状的鹅。这只鸟在半年度从印度的越冬地迁移到西藏的繁殖地，实现了直接在喜马拉雅山山脉上飞行的非凡壮举。尽管其他迁徙鸟类使用替代品，较低的海拔路线穿过山通道，但在珠穆朗玛峰（29,000英尺）和Annapurna I（26,500英尺）的山顶上方看到了这些出色的高空鹅的羊群。在迁移期间的这些高度进行锻炼，可以在一次不间断的飞行中完成，没有适应的津贴，从印度的近海平面飞行到不到一天的高度接近9,000米的高度。该高度的氧气水平仅是海平面上的五分之一，但棒状鹅在飞行过程中增加了10至20倍的氧气消耗。鸟类通常比哺乳动物更容易容忍高海拔，但是在这些降低的氧气中持续飞行肯定是例外的。该项目的目的是探索该物种中的生理适应性，其总体目的是理解组织和细胞缺氧耐受性的动物，该动物已专门发展以维持缺氧的性能。在NSF国际研究奖学金的支持下，我将与加拿大温哥华大学不列颠哥伦比亚大学的研究人员合作，于2009年秋天开始这项工作。我们将在钢筋头鹅飞行过程中研究从呼吸系统到组织的氧气传输，具体侧重于递送到心脏。在记录这些物种中的任何一个令人印象深刻的生理反应后，下一个自然的问题当然是询问如何实现的。我们将使用各种生理，形态学和细胞内方法来解决钢铁鹅心脏中缺氧耐受性的机制。这项工作还可以提供有关这些动物适应的线索，这些动物将来可能受益于人类。例如，对缺氧的耐受性具有更好的收获和保存器官的方法，以及对心脏病发作和中风受害者的治疗。这些动物以某种方式承受着对人类灾难性的血液和组织中的氧气水平。再灌注损伤的问题 - 当血流恢复到已被剥夺血液的器官时，由氧气自由基造成的组织损伤也很重要。这适用于人类医学的各种问题，尽管潜水动物似乎不受此类担忧的影响。对这些生物的生理学的完全理解对于解释其在生态系统中的作用也至关重要。这种知识具有明显的生态和保护意义，面对全球气候变化尤其重要。
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编者注： 这项研究得到了国家科学基金会的支持（NSF），联邦机构负责在科学和工程领域的所有领域资助基础研究和教育。看到幕后存档。
