地球上最龐大的動(dòng)物要吃多少，在我們弄明白之前，它們差點(diǎn)消失

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

一道巨大的藍(lán)色身影在水面下游動(dòng)，突然，一個(gè)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(guò)，它對(duì)海水可沒有太大的興趣，很快便把海水吐了出來(lái)，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(dòng)物，其中的藍(lán)鯨更可能是地球上有史以來(lái)最龐大的巨獸。我們通常所說(shuō)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(lái)進(jìn)行濾食。

鯨須是由一片片鯨須板（baleen plate）排列構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，每片鯨須板可長(zhǎng)達(dá)數(shù)米。許多須鯨在下頜至腹部之間有喉褶（throat groove），這一結(jié)構(gòu)可以讓鯨的口腔容積擴(kuò)大到正常狀態(tài)下的 4 倍。須鯨在進(jìn)食時(shí)，先張口吞入大量含有食物（通常是磷蝦、橈足類動(dòng)物、魚等）的海水，再將海水?dāng)D出，鯨須便會(huì)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(wú)霸，包括藍(lán)鯨、座頭鯨、露脊鯨、弓頭鯨等等。不過(guò)，有一個(gè)非?；?、看似簡(jiǎn)單的問題，卻一直困擾著生物學(xué)家：這些龐然大物，到底有多能吃？

科學(xué)家并不是沒有嘗試過(guò)回答這個(gè)問題。但是，鯨的體型過(guò)于龐大，很難人為飼養(yǎng)幾條來(lái)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(guò)去，科學(xué)家往往只有兩種選擇：一是根據(jù)死亡的個(gè)體的胃內(nèi)容物來(lái)估計(jì)食量；二是用動(dòng)物的代謝模型外推鯨的代謝率，進(jìn)而估算食量，不過(guò)這些模型都是根據(jù)體型比鯨小幾個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)物構(gòu)建的。顯然，這些方法得出的結(jié)果都不太可靠。

十年的追尋

在美國(guó)加利福尼亞州西部的蒙特雷灣（Monterey Bay），3 名科學(xué)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(lán)鯨身上的追蹤器發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，船長(zhǎng)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(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，就在太平洋、大西洋和南大洋追尋著鯨的蹤跡。出海時(shí)，他們通常會(huì)組建一支小型“艦隊(duì)”，除了小型的充氣艇外，還會(huì)有大型科考船，船上的研究人員負(fù)責(zé)觀察和指引。

如果一切正常，小艇上的科學(xué)家會(huì)趁著鯨上浮的片刻，伸出 6 米長(zhǎng)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(jī)、麥克風(fēng)、GPS、加速度計(jì)等多種設(shè)備，科學(xué)家可以用它來(lái)追蹤鯨的運(yùn)動(dòng)軌跡和分析它們的進(jìn)食頻率。與此同時(shí)，大船上的研究人員要遙控?zé)o人機(jī)對(duì)鯨進(jìn)行航拍，以測(cè)量體長(zhǎng)、估算體重和每次吞入的海水體積，并利用聲吶探測(cè)，推算出海水中的食物密度。

到 2019 年為止，研究團(tuán)隊(duì)共標(biāo)記了 321 頭須鯨，涵蓋 7 個(gè)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(xué)家嚴(yán)重低估了大型須鯨的食量，在有些海域，新的估算結(jié)果甚至達(dá)到過(guò)去認(rèn)知的 3 倍。

比如，2008 年發(fā)表的一項(xiàng)研究估計(jì)，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(wàn)噸食物。然而這次研究團(tuán)隊(duì)得出的結(jié)果是，這一海域任何一個(gè)藍(lán)鯨、長(zhǎng)須鯨或座頭鯨種群，每年都能消耗超過(guò) 200 萬(wàn)噸食物。他們還發(fā)現(xiàn)，在覓食季里（根據(jù)鯨的活動(dòng)，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(lán)鯨每天可以吃掉 16 噸磷蝦，一年要消耗約 1500~2000 噸磷蝦，遠(yuǎn)超出之前估算的一年 500 噸左右的食量。事實(shí)上，過(guò)去學(xué)界的共識(shí)是，須鯨每日消耗的食物量不超過(guò)自身體重的 5%，但這次的研究結(jié)果表明，這個(gè)比例可能能達(dá)到 5%~30%。

養(yǎng)育整個(gè)海洋

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

在鯨的糞便中，有一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)引起了科學(xué)家的特別關(guān)注 —— 鐵。硅藻等浮游植物可以通過(guò)光合作用制造氧氣，貢獻(xiàn)了大量的初級(jí)生產(chǎn)量（由于初級(jí)生產(chǎn)者合成有機(jī)物，生態(tài)系統(tǒng)中的有機(jī)碳總量的增加值），但這一過(guò)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(zhǎng)。而在南極周邊的海域，鯨糞中的鐵濃度平均可達(dá) 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(wàn)倍。

由于鯨需要出水換氣，所以它們常常會(huì)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(lái)，磷蝦會(huì)食用硅藻，從而“回收”表層海水中的鐵。據(jù)估計(jì)，南大洋的磷蝦體內(nèi)的鐵，約占該區(qū)域海平面下 200 米以內(nèi)的海水中鐵總量的 24%。而磷蝦是許多須鯨的主要食物來(lái)源之一，鯨把它們吃掉之后再排便，就實(shí)現(xiàn)了鐵元素的循環(huán)。

“鯨就像移動(dòng)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(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)?！毙卵芯康耐ㄓ嵶髡?、美國(guó)斯坦福大學(xué)的海洋生態(tài)學(xué)家馬修?薩沃卡（Matthew Savoca）說(shuō)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(dòng)則可以把深海中的磷帶到淺水，這兩種元素也對(duì)生命活動(dòng)至關(guān)重要。如果沒有鯨，很多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能會(huì)沉到海底，使生物豐富的淺海失去重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)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(huì)吸收大氣中的二氧化碳，起到儲(chǔ)碳的作用，所以鯨還通過(guò)為浮游植物提供“肥料”，間接地?cái)U(kuò)大了海洋這個(gè)“碳庫(kù)”的儲(chǔ)量。

“我們的結(jié)果表明，鯨對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力和吸收碳排放的貢獻(xiàn)，在量級(jí)上也許可以和整個(gè)陸地上的森林生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)?！泵绹?guó)自然歷史博物館海洋哺乳動(dòng)物標(biāo)本的負(fù)責(zé)人尼古拉斯?派恩森（Nicholas Pyenson）這樣說(shuō)道，他是美國(guó)自然歷史博物館海洋哺乳動(dòng)物化石的負(fù)責(zé)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(huì)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(xì)菌、無(wú)脊椎動(dòng)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(hù)花”了。

黑暗的過(guò)去，尚不明朗的未來(lái)

19 世紀(jì)后期至 20 世紀(jì)，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(lái)了厄運(yùn)。彼時(shí)，鯨脂、鯨須和鯨肉都頗受人們歡迎。據(jù)一項(xiàng)研究估計(jì)，整個(gè) 20 世紀(jì)，全球有將近 290 萬(wàn)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(yán)重縮小，而且至今未恢復(fù)到捕鯨業(yè)發(fā)展前的水平。例如，據(jù)估計(jì)，1900 年時(shí)南大洋的藍(lán)鯨每年消耗 1.67 億噸磷蝦，而到了 2000 年，這個(gè)數(shù)字只有 60 萬(wàn)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(gè)數(shù)值可達(dá)約 12 000 噸。研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，如果能恢復(fù)到這一水平，那么南大洋的凈初級(jí)生產(chǎn)力（每年的凈初級(jí)生產(chǎn)量）可以提高 11%。派恩森表示：“如果鯨的種群規(guī)模恢復(fù)到 20 世紀(jì)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(fù)?！?/p>

1986 年，國(guó)際捕鯨委員會(huì)（IWC）發(fā)布的《全球禁止捕鯨公約》正式生效，嚴(yán)格禁止商業(yè)捕鯨。此后，全球的捕鯨量顯著下降。在上世紀(jì) 60 年代的十年間，全球商業(yè)捕鯨活動(dòng)獵殺的大型鯨數(shù)量達(dá)到了 70 萬(wàn)頭，但到了 90 年代時(shí)，已減少到約 7000 頭。

雖然部分須鯨種群正在恢復(fù)，但如今這些海洋巨獸并非“高枕無(wú)憂”。表層水溫升高和海水酸化，威脅著鯨的食物來(lái)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(fù)。

目前，薩沃卡和同事已經(jīng)投入到進(jìn)一步的研究工作中：“我們正在研究，如何利用新發(fā)現(xiàn)來(lái)幫助恢復(fù)海洋生態(tài)系統(tǒng)，并讓鯨的數(shù)量恢復(fù)正常。這些工作有望帶來(lái)多方面的益處，如促進(jìn)生物多樣性保護(hù)、漁業(yè)發(fā)展和碳儲(chǔ)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(lái)自微信公眾號(hào)：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue），撰文：李詩(shī)源，審校：二七

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