鲸鱼的体形增大速度为什么这么快?目前并无定论。但有一种观点认为,生活在水生环境中的鲸鱼无需构筑大的骨骼或以其他手段来对抗引力以支撑身体,因此它们在长期生长方面所受限制条件较少。另一种理论则认为,海洋哺乳动物容易采集到丰富的高质量食物。总之,在水中生活与在陆地上生活有着明显的不同。
大型掠食动物获得足够营养的方法之一是对付大型猎物,而另一种方法则是消费大量位置靠近食物链底部的小猎物。虽然抹香鲸经常吃大王乌贼,但作为海洋中最大无脊椎动物之一的须鲸类尤其是鳁鲸,却把这后一种策略发挥到了极致。所有的浪鲸都大口大口地吞下充满猎物的海水,然后通过排列在自己颚上的类似百叶帘的 鲸须碟片滤出海水,只吞下大量猎物。小型鳁鲸的食物中包含青鱼和沙丁鱼等小鱼,而大型螯鲸则几乎只吃 磷虾——这些回形针大小的甲壳纲动物形成巨大的阵列,有时候这种阵列在海面上延伸好几千米,每立方米海水中包含的磷虾多达75万只。磷虾阵列究竟有多么庞大呢?有时候它们甚至会出现在人造卫星的图像上。
为了利用如此密集的猎物,鳁鲸进化出了一种被科学家叫做猛扑式进食的技术,这种进食过程被科学家描述为“世界上最大的生物机械事件”。通过对浪鲸在水面或水面附近的猛扑式进食的观察,再加上从临时性安装在数百头蓝鲸身上的仪器获得的数据,科学家对这种进食方法及其能量效率有了新的认识。
与所有鳁鲸一样,蓝鲸也有手风琴似的、从口鼻部一直延伸到腹部的喉囊。对一头身长24米的蓝鲸来说,喉囊长度就占了体长的60%。2013年公布的一项新研究发现,在猛扑式进食的最初阶段,蓝鲸的速度在4~6秒钟内就从每秒大约2.5米加快至每秒3.7米。接着,蓝鲸垂下自己的下颚(有时候下垂幅度达到90°),让其咽喉的横截面积最大可达12平方米。海水涌入蓝鲸口腔所造成的液体动力阻力,使得蓝鲸的咽喉就像拖在喷气机后面的制动伞一样膨胀。
在喝入一口达80立方米(相当于一辆校车大小、是鲸鱼体积的两倍还不止)、满含猎物的海水并且闭嘴后,此前身体呈流线形的鲸鱼膨胀得像一只巨型蝌蚪。鲸鱼要花大约55秒钟来通过鲸须排出并过滤满嘴的海水。然后,几乎是立即地,鲸鱼又开始另一次猛扑。鲸鱼每一口吃到的磷虾数量可能多达百万只。如果一群磷虾的密度足够大,鲸鱼一口就可能吃掉差不多200万只磷虾,由此获得的能量据估计超过实施猛扑式进食所花能量的230倍。
不仅如此,鲸鱼种类中个头越大者,其颚相比于鲸鱼体长的比例越大,猛扑式进食也越省力。科学家推断,这些趋势可能正是猎鲸能在短短几百万年内体长迅速增至10米、能在今天成为如此庞然大物的部分原因。
除了是地球上最大规模的生物机械事件,鳁鲸的猛扑式进食还是一种需要精细时机安排的复杂操作。对生物学家来说最大的问题包括:鲸鱼怎样定位磷虾?定位之后,怎样掌握张嘴、闭嘴的时机,从而使得一口吃到的猎物最多?在2009年和2010年商业捕鲸期间捕捉到的小须鲸和 长须鲸可能提供了答案,而答案在于发现于鲸鱼下巴的一个器官。
科学家在实地解剖中发现,在鲸鱼下巴上连接左颚和右颚的软骨组织内有一个不同寻常的、充满胶质的空腔。(对所有的须鲸来说,位于下巴的左颚和右颚在连接处都未融合在一起。)空腔中的组织充满血管,看来是与鲸须连接的神经的通信中心。鲸须是类似于猫的腮须的感应毛,位于鲸鱼的下巴上,往复于喉囊,直到进入大脑。科学家暗示,这个感受器官有助于协调鲸鱼猛扑式进食的许多方面。除了帮助鲸鱼感知猎物之外,它还可能监控嘴巴开闭期间颚的转动,并且感知喉囊的膨胀。
猛扑式进食的能效的确很高,大浪鲸的个头在过去几百万年间迅速增大。然而,现在有数据暗示,这种进食技术可能正在达到极限。这是为什么?这是因为鲸鱼为了在短期内实现这一点而付出了高昂的代价。在猛扑式进食期间,加速蓝鲸庞大身躯所需的能量爆发,以及抵御嘴巴大张时或口中充满富含猎物的海水时的液体动力阻力所需的巨大能量,导致鲸鱼的代谢飙升至通常情况下的大约50倍。即使鲸鱼只需大约10秒钟就能完成一次猛扑,这仍然是一个巨大的负担,此时燃烧氧的速度比血液细胞和身体组织通常能提供的速度高得多。
这种氧的负债虽然短暂,却可能限制鲸鱼的个头。新研究暗示,鲸鱼的个头越大,它在猛扑式进食期间所经历的氧负债也越多。对一头体长33米(这也是迄今为止所捕获的蓝鲸的最大体长)的蓝鲸来说,在猛扑式进食期间的代谢速率据估计可达正常情况下的80倍。
猛扑式进食的浪鲸可能会经历氧的极限这个观点,对科学家来说并不新颖。以往的研究就显示,在猎食潜水期间实施更多次猛扑的 座头鲸相对于猛扑次数较少的座头鲸而言,前者之后待在水面的时间更长,呼吸更频繁,就好像它们在使劲喘气,这同短跑运动员完成一次比赛后的情形是一样的。
此外,一项实地研究表明,虽然座头鲸每次潜水平均而言会进行大约9次猛扑式进食,更大的长须鲸和蓝鲸每次潜水却分别只会进行4次和3次猛扑式进食。因此,就算更大的浪鲸每次猛扑能吞下更多海水,鲸鱼最终还是会达到每次潜水滤食总水量的极限值,也就是达到捕获磷虾数量的最大值。所以,由猛扑式进食技术本身(而不是由能效极高的进食策略或食物的总体可得数量)强加的生物物理学限制条件,最终可能为浪鲸体格的增大过程画上句号。从理论上说,须鲸有可能演化出更大的个头,但实际上也有一些能量限制条件。难怪有科学家指出,蓝鲸不仅是现在仍然存活的和生命史上曾经有过的最大动物,而且有可能成为哪怕在未来也是最大的动物。
鲸鱼的演化之路
从狗般大小的祖先,鲸鱼演变成为了迄今为止存在过的地球上最大的动物。
大约5500万年前 鲸鱼的祖先投身水中,很可能是为了在当今南亚所在地区的当时的河流中觅食。
5300万年前~4800万年前 一系列鲸鱼祖先(包括拉布拉多犬大小的巴基鲸、海狮大小的罗德侯鲸和狐狸大小的印多霍斯鲸)游弋在南亚水域。它们都保留着完整的肢体,但也适应了在水下听声音。
大约4700万年前 虽然在水中无疑取得了成功,一些原始鲸鱼却依然固守陆地。曾经生活在南亚海岸的一头2.6米长的慈母鲸的化石中包括了一个很可能是头先出来的胎儿,这表明慈母鲸的生育发生在岸上而不是水中。
大约3500万年前 鲸鱼家族分化成了今天所知的两个目:齿鲸目(包括抹香鲸、逆戟鲸和海豚)和须鲸目(包括长须鲸、座头鲸和蓝鲸)。虽然所有的须鲸都是没有牙齿的滤食者,但最早的须鲸是有齿的。
3500万年前~1800万年前 一系列有齿的须鲸发挥着今天海豹和小型有齿鲸的生态作用。其中一些须鲸像齿鲸那样抓捕猎物,另一些则从海底吸食食物,还有一些大口吞海水,通过牙齿之间的缝隙滤食海水中的猎物,正如今天的须鲸所为。
大约800万年前 首批没有牙齿但有鲸须的须鲸开始游弋在海洋中。
1000万年前~800万年前 虽然已经适应了猛扑式进食,但这个时期所有已知的须鲸的体长都不到10米。
700万年前~500万年前 须鲸经历了爆发式生长,其中最大的须鲸种类的体长超过20米。这可能是源自海洋生产力的剧烈增加,它使得猛扑式进食的鲸鱼得以利用能效很高的捕猎手段。
今天 蓝鲸是地球上一直存在过并且依然存在的最大动物。虽然蓝鲸的体长不及最长的恐龙,但蓝鲸的体重超过已知最重的恐龙一倍半以上。
明天 鲸鱼是否会进化出更大的个头?一些研究暗示,蓝鲸的能效很高的猛扑式进食方式,几乎注定了不会再有比今天更大的鲸鱼。换句话说,猛扑式进食决定了蓝鲸不管是在过去、现在还是未来都是最大的动物。
返回搜狐,查看更多