Peter Teglberg Madsen er vild med hvaler. Fascinationen af disse de største dyr, der nogensinde har levet på Jorden, deler han med mange andre mennesker. Men Peter Teglberg har ikke ladet sig nøje med at være fascineret – han har omsat sin dybe interesse til handling igennem mange års forskning i hvalers fysiologi på Aarhus Universitet. 

Det er forskning, som har bragt ham verden rundt i jagten på svar på spørgsmål som, hvad kaskelothvalen bruger sin kæmpestore næse til, hvordan pukkelhvaler kan tage 30 tons vand ind i munden uden at rykke kæben af led, eller hvordan marsvin kommunikerer med hinanden. Forskning, der er foregået i et tæt samspil med udvikling af ny teknologi, som kan måle direkte på de store dyr. 

Når Peter Teglberg skal beskrive sin forskningsmæssige fascination af hvaler, koger han det ned til et meget grundlæggende fysiologisk spørgsmål. Nemlig, hvordan i alverden de varmblodede hvaler er i stand til at klare de ekstreme betingelser, de udsættes for i havet.

Disse spørgsmål relaterer til, at hvalerne fysiologisk set har to overordnede udfordringer:
»Den ene er, at kunne holde varmen. Hvordan kan hvaler svømme rundt i vand med temperaturer omkring frysepunktet, der ville slå mennesker ihjel på 15 minutter,« spørger han.

»Den anden udfordring er, at hvalerne skal have adgang til ressourcer, som dels er ilt ved havoverfladen, og dels føde i dybden. For nogle hvaler – heriblandt kaskelotten – er der altså mere end en kilometers afstand mellem de to. Det betyder, at hvaler skal være rigtig gode til at komme af med CO₂ og optage ilt – og så skal de være gode til at spare på ilt, når de dykker ned for at finde mad,« siger Peter Teglberg.   

Mus-elefant-kurven

Ved første øjekast kan disse udfordringer virke monstrøse. Men faktisk handler løsningen på dem et langt stykke ad vejen om noget meget simpelt; nemlig størrelse.

»Fælles for hvaler er, at de praktisk talt alle sammen er store – selv de mindste af hvalerne, for eksempel et marsvin, vejer lige så meget som et menneske,« siger Peter. 

I praksis spænder hvalerne dog over en enorm størrelsesvariation – fra det mindste marsvin på blot 50 kilo til den enorme blåhval, der kan veje op til 150 ton, er der en forskel på næsten 3.000 gange i kropsvægt. Og netop den størrelsesvariation gør hvalerne til særligt interessante studieobjekter, mener Peter Teglberg.

Men hvad har de førnævnte udfordringer med størrelsen at gøre?

»Når hvaler er meget store, har de ingen problemer med at holde varmen – tværtimod er problemet snarere at komme af med varmen,« fortæller Peter Teglberg.

Dette skyldes, at varmen stammer fra stofskifteprocesser inde i hvalens celler, mens varmen forsvinder fra dyrets overflade. Og jo større hvalen er, jo mindre er overfladearealet i forhold til vægten: For et marsvin er dette forholdstal cirka 20, mens det for en stor bardehvaler kun er cirka 1. Det betyder, at varmeproduktionen fra en stor hval på 30 tons ikke har problemer med at følge med afkølingen fra overfladen – selv i to grader koldt vand. 

Faktisk kan stofskifteprocesser producere så meget varme, at hvis stofskiftet i den store pukkelhval foregik med samme rate per kg som i det lille marsvin, ville pukkelhvalen simpelthen “koge over”. Men det gør den ikke, forklarer Peter Teglberg:

»Det skyldes, at stofskiftet ikke stiger én til én med kropsvægten, men med massen af dyret i potensen cirka 0,75. Og det er en biologisk sammenhæng, vi kan se på tværs af alle dyr – fra bittesmå mus til hvaler.« 

Stor størrelse giver stor energieffektivitet

Allerede i 1830’erne blev man klar over, at stofskiftet ikke kunne stige isometrisk – dvs. en-til-en – med massen af et dyr. Men det var den schweiziske biolog Max Kleiber, der i 1932 satte tallet 0,75 på sammenhængen, som populært kaldes “Mus-elefant-kurven” og mere formelt Kleibers lov eller bare ¾-loven. 

På fagsproget kaldes det allometrisk vækst, når et organ eller en proces ikke skalerer én til én med kropsstørrelsen. I forhold til organismernes energibehov er konsekvensen af stofskiftets skalering, at godt nok bliver det samlet set dyrere i energi, jo større, man er – men det bliver relativt billigere per kilo kropsvægt. 

En stor hval behøver derfor ikke bekymre sig om at holde varmen – det går helt af sig selv. Anderledes er det for et lille marsvin i Grønland, der føder en unge på måske kun syv kilo i to grader koldt vand. Der er ingen vej uden om, at det energimæssigt er dyrt per kilo kropsvægt for et ensvarmt pattedyr på den størrelse at skulle leve under de forhold. 

»Derfor har stofskiftet i et marsvin også fart på«, fortæller Peter Teglberg. »Faktisk ligger alle de små tandhvaler pænt over gennemsnittet på mus-elefant-kurven og har et stofskifte der er 2 gange større per kg end et menneske.«

Ekstremt sultepotentiale

Peter Teglberg fortæller, at de store hvaler måske er relativt endnu billigere per kilo end det, man kan læse ud af en kurve, hvor stofskiftet bare stiger med kropsvægten opløftet i potensen 0,75.

»Vi har endnu ikke data til med sikkerhed at kunne fastslå det, men vores forskning peger på, at vi måske nærmere snakker om, at stofskiftet for de store hvaler stiger med kropsvægten opløftet til en potens på 0,5,« siger Peter Teglberg.

Hvalernes energieffektivitet har nogle indlysende fordele – for eksempel, at de kan klare sig meget lang tid uden føde.

»De største af hvalerne – bardehvaler som blåhval og rethval – lever af dyreplankton, som blomstrer op i takt med de store opblomstringer af planteplankton, som dyreplanktonet selv lever af. Men det betyder, at der kun er to til fire måneder om året, hvor hvalerne har adgang til masser af føde, fulgt af op til ni måneder om året, hvor de stort set ikke æder«, siger Peter.

Potentialet for at faste er også noget, der følger af de basale skaleringsprincipper, når vi går fra lille til stor på mus-elefant-
kurven. 

»Selvom det er vældig moderne at faste, er vi mennesker faktisk ikke gode til det sammenlignet med store dyr som hvaler. Vi kan måske holde os kørende nogle uger uden mad, hvis vi blot får vand. Og en spidsmus, der ikke får noget at spise i 6 timer, vil dø af sult. Til sammenligning er en pukkelhvals sultepotentiale enormt. En gravid pukkelhval kan udvikle et foster, mens den svømmer fastende hele vejen fra Nordatlanten til Kap Verde-øerne, føde en kalv på et ton, som over de næste tre måneder vokser sig til en størrelse på 7-8 ton på morens mælk, og stadigt fastende svømme tilbage nordpå igen,« forklarer Peter Teglberg.

Moren betaler altså med egne spækreserver for sig eget stofskifte og for, at en kalv kan vokse til en størrelse på næsten 10 ton. Det kan kun lade sig gøre, fordi hvalerne i kraft af deres størrelse er ekstremt billige i drift per kilo og kan lagre meget spæk på kroppen.

Skalering forklarer mange ting

For Peter Teglberg er det netop denne “skalerings-fysiologi”, som er med til at gøre hvaler enormt spændende. Altså at man kan forklare en masse af det, der foregår i et dyr, ud fra, hvordan stofskiftet skalerer med kropsvægten.

»Spækket, som er hvalernes energidepot, skalerer isometrisk – det vil sige, at hvis man forestiller sig det ekstrem, at en hval blev tusind gange større, vil den også have tusinde gange mere spæk. Men det massespecifikke stofskifte vil kun stige ca. 100 gange. Alt andet lige betyder det altså, at hvis man bliver tusind gange større, vil man kunne faste i ti gange så lang tid«, siger Peter Teglberg.

Han fortæller, at præcis den samme logik, forklarer, hvordan hvalerne kan klare de lange dyk. For mængden af ilt, en hval kan tage med sig i dybet skalerer også isometrisk med størrelsen – altså dobbelt størrelse betyder dobbelt så meget ilt. 

»Et menneske på 50 kilo kan – hvis det er en, der virkelig har trænet det – holde vejret i fem minutter. En stor kaskelothval på 50 ton kan – alene fordi den er 1000 gange større – holde vejret 10 gange længere, altså omkring 50 minutter,« siger Peter Teglberg.

»Man vil måske tænke, at det er da helt vildt at kunne holde vejret i en time! Men det er det faktisk slet ikke, når man forstår, hvordan fysiologisk skalering virker.« 

Er der fraktalteori på spil?

Men hvad ligger egentlig bag den biologiske nødvendighed af at skalere stofskiftet med kropsvægten? 

Dybest set handler det om, at stofskiftet i alle levende organismer er baseret på de samme principper, der allerede var på plads i de tidlige stadier af livets udvikling. Cellernes fælles energigrundlag ved kemiske processer er således det energirige molekyle ATP. Og når kulhydrater nedbrydes til CO₂ og H₂O i en organisme, er energiudbyttet nøjagtig det samme, uanset om det foregår i en amøbe eller en blåhval.

Når molekyler og energiudbyttet er det samme, må organismerne justere deres opbygning og processer til konsekvenserne af forskellig størrelse. Faktisk er en konsekvens af det fælles udgangspunkt, at biologisk mangfoldighed i høj grad skyldes forskel i størrelse. 
En mere tricky ting at forstå er, hvorfor stofskiftet netop vokser med kropsvægten opløftet til potensen 0,75. 

»Nogle forskere mener, at det har med fraktalteori at gøre. Vores celler forsynes jo af ilt via blodkar, der forgrener sig i en hierarkisk struktur. Jo større, du bliver, jo flere gange skal blodkarrene forgrene sig. Men der er simpelthen grænser for, hvor stort et strukturelt spænd, det størrelsesmæssigt er muligt at lave blodkar i. Det betyder, at cellerne yderst i netværket på et stort dyr – ja, de må bare finde ud af at lave stofskifte, som passer med den mængde ilt, de kan få,« fortæller Peter Teglberg  

Ingen nedre grænse for stofskifte?

Peter Teglberg mener, at det er meget sandsynligt, at forsyningsteori – som fraktalteori i denne sammenhæng i praksis er – kan sætte nogle øvre grænser for, hvor højt et stofskifte, man kan have – særligt når man bliver meget stor.

»Men det, vi kan vise med de store hvaler er, at ingen af dem energimæssigt er “dyre” per kilo kropsvægt. Og det skyldes næppe, at de er begrænset af fraktalteori, for der er et ret stort spænd i det stofskifte, vi ser hos forskellige store hvaler med samme størrelse. De er alle sammen energimæssigt billige, men nogle er meget billigere end andre. Så mens man kan argumentere for, at forsyningsteori sætter nogle øvre grænser for, hvor højt et stofskifte et stor ensvarmt pattedyr kan have, er der måske ikke en tilsvarende nedre grænse for, hvor lavt et stofskifte, det kan have.« siger Peter Teglberg.

Uanset hvor de teoretiske grænser måtte være, er det interessant at studere, hvordan hvalerne udnytter det “mulighedsrum”, som de rent fysiske grænser sætter.

Og at forstå hvalernes energibehov har ikke kun akademisk interesse, mener Peter Teglberg.

»Når vi ved, hvad det “koster” at være en hval, kan vi også blive bedre til at forstå, hvilke konsekvenser vores påvirkning af deres miljø kan få for de forskellige arter af hvaler med forskellige sultepotentialer. Jeg håber, at det kan være med til at gøre os til bedre naboer til havs med disse fantastiske megarovdyr« slutter Peter Teglberg. ♦