地球上最龐大的動物要吃多少，在我們弄明白之前，它們差點消失

原文標題：《靠拉屎養(yǎng)活一片海的動物要吃多少？在我們弄明白之前，它們差點消失》

一道巨大的藍色身影在水面下游動，突然，一個龐然大物頂破水面，張開仿佛垂著流蘇的巨口，將數(shù)十噸的海水裹入嘴里。不過，它對海水可沒有太大的興趣，很快便把海水吐了出來，接著享用留在嘴里的幾百公斤磷蝦。

海中巨獸

鯨是地球上最大的一類動物，其中的藍鯨更可能是地球上有史以來最龐大的巨獸。我們通常所說的“鯨”，包含了須鯨（Mysticeti，須鯨亞目）和齒鯨（Odontoceti，齒鯨亞目）。顧名思義，齒鯨具有牙齒，而現(xiàn)生的須鯨則沒有牙齒，它們依靠嘴里的鯨須（baleen）來進行濾食。

鯨須是由一片片鯨須板（baleen plate）排列構成的梳狀結構，每片鯨須板可長達數(shù)米。許多須鯨在下頜至腹部之間有喉褶（throat groove），這一結構可以讓鯨的口腔容積擴大到正常狀態(tài)下的 4 倍。須鯨在進食時，先張口吞入大量含有食物（通常是磷蝦、橈足類動物、魚等）的海水，再將海水擠出，鯨須便會像篩子一樣把食物擋住留在嘴里。

許多須鯨都是有名的海中巨無霸，包括藍鯨、座頭鯨、露脊鯨、弓頭鯨等等。不過，有一個非常基本、看似簡單的問題，卻一直困擾著生物學家：這些龐然大物，到底有多能吃？

科學家并不是沒有嘗試過回答這個問題。但是，鯨的體型過于龐大，很難人為飼養(yǎng)幾條來觀察食量。而且它們生活在水中，想要直接觀察到它們吃了多少食物也很困難。所以在過去，科學家往往只有兩種選擇：一是根據(jù)死亡的個體的胃內容物來估計食量；二是用動物的代謝模型外推鯨的代謝率，進而估算食量，不過這些模型都是根據(jù)體型比鯨小幾個數(shù)量級的動物構建的。顯然，這些方法得出的結果都不太可靠。

十年的追尋

在美國加利福尼亞州西部的蒙特雷灣（Monterey Bay），3 名科學家正站在一艘充氣艇上，手中攥著天線，略顯緊張地等待著什么。突然，蜂鳴聲響起 —— 這意味著他們收到了藍鯨身上的追蹤器發(fā)出的無線電信號，船長立即加速，循著頻率逐漸加快的蜂鳴聲，希望找到即將浮出水面的巨獸。他們必須要在它再次遁入深海之前趕到，否則就要再等上 10 分鐘。

從 2010 年起，這支由幾十名科學家組成的團隊，就在太平洋、大西洋和南大洋追尋著鯨的蹤跡。出海時，他們通常會組建一支小型“艦隊”，除了小型的充氣艇外，還會有大型科考船，船上的研究人員負責觀察和指引。

如果一切正常，小艇上的科學家會趁著鯨上浮的片刻，伸出 6 米長的碳纖維桿，把吸附式的追蹤器“貼”到鯨身上。追蹤器上搭載了相機、麥克風、GPS、加速度計等多種設備，科學家可以用它來追蹤鯨的運動軌跡和分析它們的進食頻率。與此同時，大船上的研究人員要遙控無人機對鯨進行航拍，以測量體長、估算體重和每次吞入的海水體積，并利用聲吶探測，推算出海水中的食物密度。

到 2019 年為止，研究團隊共標記了 321 頭須鯨，涵蓋 7 個物種（現(xiàn)存的須鯨一共只有 14 種），并估算出了這些巨獸的胃口到底有多大。讓他們沒想到的是，以前的科學家嚴重低估了大型須鯨的食量，在有些海域，新的估算結果甚至達到過去認知的 3 倍。

比如，2008 年發(fā)表的一項研究估計，加利福尼亞洋流生態(tài)系統(tǒng)中所有的鯨每年要消耗 200 多萬噸食物。然而這次研究團隊得出的結果是，這一海域任何一個藍鯨、長須鯨或座頭鯨種群，每年都能消耗超過 200 萬噸食物。他們還發(fā)現(xiàn)，在覓食季里（根據(jù)鯨的活動，可以將一年分為覓食季和繁殖季），北大西洋東部海域的一頭成年藍鯨每天可以吃掉 16 噸磷蝦，一年要消耗約 1500~2000 噸磷蝦，遠超出之前估算的一年 500 噸左右的食量。事實上，過去學界的共識是，須鯨每日消耗的食物量不超過自身體重的 5%，但這次的研究結果表明，這個比例可能能達到 5%~30%。

養(yǎng)育整個海洋

吃得越多，排得越多。在陸地上，動物糞便可以作為有機肥料；而在海洋里，鯨的排泄可謂潤澤四方。在覓食時，鯨會在不同深度之間穿梭游動，大量吞入、濾出海水并排出糞便，就像一個大型攪拌器一樣，促進了底層和表層海水的混合和營養(yǎng)物質交換。

在鯨的糞便中，有一種營養(yǎng)物質引起了科學家的特別關注 —— 鐵。硅藻等浮游植物可以通過光合作用制造氧氣，貢獻了大量的初級生產(chǎn)量（由于初級生產(chǎn)者合成有機物，生態(tài)系統(tǒng)中的有機碳總量的增加值），但這一過程依賴于鐵元素。然而在許多海域，可溶性鐵的含量極低，限制了浮游植物生長。而在南極周邊的海域，鯨糞中的鐵濃度平均可達 145.9mg / kg（在常見的富鐵食物中，雞肝的鐵含量為 110mg / kg，牛肉為 35mg / kg），是海水中的 1000 萬倍。

由于鯨需要出水換氣，所以它們常常會在較淺的透光帶（photic zone）排便，這就為海面附近的大型硅藻等浮游植物提供了充足的“肥料”。接下來，磷蝦會食用硅藻，從而“回收”表層海水中的鐵。據(jù)估計，南大洋的磷蝦體內的鐵，約占該區(qū)域海平面下 200 米以內的海水中鐵總量的 24%。而磷蝦是許多須鯨的主要食物來源之一，鯨把它們吃掉之后再排便，就實現(xiàn)了鐵元素的循環(huán)。

“鯨就像移動的磷蝦處理工廠，給海洋‘施肥’，提升海洋的生產(chǎn)力。除了鯨以外，很難有物種能夠如此大規(guī)模地促進營養(yǎng)物質循環(huán)。”新研究的通訊作者、美國斯坦福大學的海洋生態(tài)學家馬修?薩沃卡（Matthew Savoca）說道。

此外，鯨的糞便和尿液中還含有大量的氮，鯨在不同深度之間的活動則可以把深海中的磷帶到淺水，這兩種元素也對生命活動至關重要。如果沒有鯨，很多營養(yǎng)物質可能會沉到海底，使生物豐富的淺海失去重要的營養(yǎng)來源，從而降低整片海洋的總生產(chǎn)力。而且，由于浮游植物的光合作用會吸收大氣中的二氧化碳，起到儲碳的作用，所以鯨還通過為浮游植物提供“肥料”，間接地擴大了海洋這個“碳庫”的儲量。

“我們的結果表明，鯨對全球生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力和吸收碳排放的貢獻，在量級上也許可以和整個陸地上的森林生態(tài)系統(tǒng)相當。”美國自然歷史博物館海洋哺乳動物標本的負責人尼古拉斯?派恩森（Nicholas Pyenson）這樣說道，他是美國自然歷史博物館海洋哺乳動物化石的負責人，也是新研究的共同作者之一。

即使是在死后，鯨的尸體也會繼續(xù)滋養(yǎng)海洋 —— 沉到海底的尸體形成了鯨落（whale fall），在海底安靜又緩慢地被分解，為化能合成細菌、無脊椎動物等許多生物提供食物和棲息地。分解的鯨落還可以持續(xù)地為海底沉積物提供碳，通常可以持續(xù) 2000 年以上，可謂是“化作春泥更護花”了。

黑暗的過去，尚不明朗的未來

19 世紀后期至 20 世紀，隨著工業(yè)化的發(fā)展和大型捕鯨船的誕生，捕鯨業(yè)給全球的鯨帶來了厄運。彼時，鯨脂、鯨須和鯨肉都頗受人們歡迎。據(jù)一項研究估計，整個 20 世紀，全球有將近 290 萬頭大型鯨（主要是須鯨）被獵殺。須鯨中許多物種的種群規(guī)模嚴重縮小，而且至今未恢復到捕鯨業(yè)發(fā)展前的水平。例如，據(jù)估計，1900 年時南大洋的藍鯨每年消耗 1.67 億噸磷蝦，而到了 2000 年，這個數(shù)字只有 60 萬噸，減少了 99.6%。

種群數(shù)量的銳減，也讓鯨作為海洋“工程師”的功能受到了損害。如今，南大洋的鯨每年可以循環(huán)利用約 1200 噸的鐵，然而在捕鯨業(yè)發(fā)展前，這個數(shù)值可達約 12 000 噸。研究團隊估計，如果能恢復到這一水平，那么南大洋的凈初級生產(chǎn)力（每年的凈初級生產(chǎn)量）可以提高 11%。派恩森表示：“如果鯨的種群規(guī)?；謴偷?20 世紀初期捕鯨業(yè)發(fā)展前的水平，那么海洋生態(tài)系統(tǒng)的功能將在很大程度上得到恢復。”

1986 年，國際捕鯨委員會（IWC）發(fā)布的《全球禁止捕鯨公約》正式生效，嚴格禁止商業(yè)捕鯨。此后，全球的捕鯨量顯著下降。在上世紀 60 年代的十年間，全球商業(yè)捕鯨活動獵殺的大型鯨數(shù)量達到了 70 萬頭，但到了 90 年代時，已減少到約 7000 頭。

雖然部分須鯨種群正在恢復，但如今這些海洋巨獸并非“高枕無憂”。表層水溫升高和海水酸化，威脅著鯨的食物來源。除了氣候變化外，船只撞擊、漁具纏繞、海洋污染、聲污染等其他人為因素，也抑制了鯨種群的恢復。

目前，薩沃卡和同事已經(jīng)投入到進一步的研究工作中：“我們正在研究，如何利用新發(fā)現(xiàn)來幫助恢復海洋生態(tài)系統(tǒng)，并讓鯨的數(shù)量恢復正常。這些工作有望帶來多方面的益處，如促進生物多樣性保護、漁業(yè)發(fā)展和碳儲存?！?/p>

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03991-5

參考研究：

• https://europepmc.org/article/med/24311126

• https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1467-2979.2010.00356.x

• https://nutritionaustralia.org/fact-sheets/iron/

• https://spo.nmfs.noaa.gov/content/emptying-oceans-summary-industrial-whaling-catches-20th-century

• https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1890/130220

• https://www.pnas.org/content/113/4/868

• http://www.int-res.com/abstracts/meps/v371/p285-295/

其他參考鏈接：

• https://www.eurekalert.org/news-releases/933143

• https://www.eurekalert.org/news-releases/933241

• https://news.stanford.edu/2020/07/15/studying-whales-high-tech-tools/

• https://www.fisheries.noaa.gov/whales

• https://www.fisheries.noaa.gov/national/outreach-and-education/fun-facts-about-wonderful-whales

• https://www.britannica.com/animal/baleen-whale

• https://us.whales.org/whales-dolphins/what-is-baleen/

• http://zhishifenzi.com/depth/depth/7865.html

本文來自微信公眾號：環(huán)球科學 （ID：huanqiukexue），撰文：李詩源，審校：二七

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