地球生命史上最大的动物,年吃磷虾2亿吨,蓝鲸还能长得更大吗?
蓝鲸是目前已知地球史上存在过的最大生物,体长可达33米,体重超过150多吨。其他鲸类如虎鲸、抹香鲸、灰鲸,比大多数陆生动物都要大,但与蓝鲸的体型相比却显得苍白无力。虽然鲸类在这个星球上已经存在了大约5000万年,但它们只是在过去的500万年左右才进化到真正巨大的。
那到底什么让这两种体重级别的鲸类与众不同?蓝鲸还可以长得更大一些吗?什么限制了地球生命体型?这是过去一个多世纪以来,科学家一直想知道的答案。但蓝鲸等鲸类大部分时间都生活在海面之下,在那里它们的行为难以监测,因此关于是什么影响和限制了它们的大小的想法大多是推测性的。其中一项新研究指出,这一切的关键是能量。
“深海巨人”蓝鲸是如何出现的?
大约4000万年前,鲸鱼才完全演化为水生动物,随后分化出可以从海水中过滤出食物的须鲸和使用回声定位捕猎的齿鲸。但鲸鱼的大型化转变不是想象中那么激进,事实上,在接下来的3000万年左右的时间里,鲸鱼变得越来越多样化,但它们的体型仍然很小,最大只有5米(18英尺)长左右,让它们很容易成为大鲨鱼等掠食者的猎物。
直到大约500万年前,冰河时代才使得天平向鲸鱼倾斜,一种称为海洋上升流的过程在它们周围的水域中加剧。当与海岸平行的强风将地表水推离海岸,从深海中抽取寒冷、营养丰富的海水时,就会发生上升流。而海洋温度和洋流的变化为磷虾和饲料鱼创造了合适的繁殖环境。以这些猎物资源为食的鲸鱼可以有效且可预测地觅食,从而使它们变得更大。对于须鲸来说,这是一次吃到饱的自助餐。而化石记录显示,须鲸谱系在同一时间变得巨大,证明了这一观点。
那为何须鲸家族一起变大的时候,为什么蓝鲸比其他须鲸都要大得多?地球给蓝鲸开小灶了吗?
其实须鲸家族很早就发明了“冲刺进食”(lunge-feeding)的方法,但自这个捕食方法出现以来,已经有数十种须鲸科成员出现并消失。而磷虾的出现,让须鲸家族的冲刺进食法有了用武之地。而蓝鲸变成地球最大生物的关键,就是因为须鲸家族中只有蓝鲸是最专业的——专门吃磷虾,只吃磷虾。据了解,一头蓝鲸每年至少会吃掉2亿吨磷虾。
不过专吃磷虾是一个不小的难题。磷虾可能是海量的,但仅限于世界海洋的某些孤立区域,例如上升流区和极地海洋。为了偶然发现磷虾并在不可避免的食物萧条中幸存下来,蓝鲸需要极大的机动性和大量的能量储备。为此,蓝鲸进化出光滑的身体和小巧的流体动力鳍状肢。
但要成功冲刺进食,必须以速度和出其不意的方式进行。所以在与磷虾逃逸的军备竞赛中,蓝鲸选择的方式进化出更大的嘴巴、更大的身体。一次吃到饱,身体变大,走得越远,吃得更多,变得更大......
而齿鲸没有变得和须鲸成员那么大,是因为体型变大不是优势。体型变大确实可以帮助鲸类潜得更深更长时间,有利于寻找大型猎物。然而,对于抹香鲸和鼠海豚等齿鲸来说,深海中大型猎物是罕见且难以寻找。只为一个可以潜得更深的能力而失去灵活性、面临食物匮乏的局面,太不划算了。
蓝鲸还可以长得更大些吗?
变大是基于简单的数学计算:如果一个生物获得的卡路里比消耗的多,它就会变大。这可能看起来很直观,但用从自由生活的鲸鱼收集的数据来证明它是一个巨大的挑战。
来自斯坦福大学生物学家杰里米·戈德博根( Jeremy Goldbogen)和佩恩森(Pyenson)领导的一个国际科学家团队利用吸盘式的感测器标签贴在一些鲸鱼身上,以确定不同大小的物种为捕获猎物投入了多少能量,确定每个物种的能量效率——从觅食中获得的能量总量,与寻找和消耗猎物所消耗的能量相比。最后他们标记来自11个物种的300头齿鲸和须鲸,范围从5英尺长的港湾鼠海豚到蓝鲸,并记录了超过50000次进食事件。
结果发现,蓝鲸的冲刺进食(张大嘴巴向前猛冲吞食磷虾)产生的阻力会随体型越大阻力越大。体长25米的蓝鲸吞食磷虾产生的阻力为6100牛,而体长33米的蓝鲸吞食产生的阻力则达到10000牛。这意味着它们捕食消耗的能量会因体型增大而猛增的,同时瞬间高速的能量代谢会导致缺氧、头骨所承受的压力以及磷虾群规模大小的限制,更大体型多付出的能量和收益不成正比。而且科学家估计,一旦蓝鲸体长超过33米,它就无法在磷虾逃跑之前足够快地合上嘴巴。
另外团队记录到蓝鲸的心率变化,当蓝鲸潜入水中心率减慢,每分钟平均只跳动4-8次,最低甚至可到每分钟2下。而当牠们吞下猎物开始上浮,心跳会逐渐增加;浮出海面呼吸时,心跳最高达每分钟25-37次。换成人的心率就是一分钟跳10下、1分钟跳200下,这种极端变化对心脏造成的负担可想而知有多大。
总的来说,科学家们认为蓝鲸可能已经达到了地球生命体型的极限。
不过这项研究是建立在先前关于鲸鱼体型进化的研究之上,许多问题仍然存在。例如,由于鲸鱼在进化史上相对较晚才发展出巨大的体型,那么它们在未来会进化得更大吗?理论上是存在的,尽管可能有其他生理或生物力学限制限制了它们的健康。
不过从地球过去物种灭绝的经验告诉我们,高度特化的物质,对特有食物的依赖非常大,是一件非常危险的事情。如果你是一头蓝鲸,你唯一的猎物是磷虾,而人类活动及气候变化导致磷虾数量下降,那么你就处于进化的死胡同,因为你将无法吃足够的食物来维持自己的生活,届时局面不言而喻。幸运的是,我们和蓝鲸生活在同一时代,也希望我们能把这份幸运传递下去。
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