靠拉屎养活一片海的动物要吃多少?它们差点消失

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  想弄清楚地球上最庞大的动物有多能吃,并不是一件容易的事。

  撰文 | 李诗源

  审校 | 二七

  一道巨大的蓝色身影在水面下游动,突然,一个庞然大物顶破水面,张开仿佛垂着流苏的巨口,将数十吨的海水裹入嘴里。不过,它对海水可没有太大的兴趣,很快便把海水吐了出来,接着享用留在嘴里的几百公斤磷虾。

  蓝鲸(图片来源:NOAA Fisheries)

  海中巨兽

  鲸是地球上最大的一类动物,其中的蓝鲸更可能是地球上有史以来最庞大的巨兽。我们通常所说的“鲸”,包含了须鲸(Mysticeti,须鲸亚目)和齿鲸(Odontoceti,齿鲸亚目)。顾名思义,齿鲸具有牙齿,而现生的须鲸则没有牙齿,它们依靠嘴里的鲸须(baleen)来进行滤食。

  鲸须是由一片片鲸须板(baleen plate)排列构成的梳状结构,每片鲸须板可长达数米。许多须鲸在下颌至腹部之间有喉褶(throat groove),这一结构可以让鲸的口腔容积扩大到正常状态下的4倍。须鲸在进食时,先张口吞入大量含有食物(通常是磷虾、桡足类动物、鱼等)的海水,再将海水挤出,鲸须便会像筛子一样把食物挡住留在嘴里

  鲸须(图片来源:NOAA Fisheries)

  许多须鲸都是有名的海中巨无霸,包括蓝鲸、座头鲸、露脊鲸、弓头鲸等等。不过,有一个非常基本、看似简单的问题,却一直困扰着生物学家:这些庞然大物,到底有多能吃

  科学家并不是没有尝试过回答这个问题。但是,鲸的体型过于庞大,很难人为饲养几条来观察食量。而且它们生活在水中,想要直接观察到它们吃了多少食物也很困难。所以在过去,科学家往往只有两种选择:一是根据死亡的个体的胃内容物来估计食量;二是用动物的代谢模型外推鲸的代谢率,进而估算食量,不过这些模型都是根据体型比鲸小几个数量级的动物构建的。显然,这些方法得出的结果都不太可靠。

  十年的追寻

  在美国加利福尼亚州西部的蒙特雷湾(Monterey Bay),3名科学家正站在一艘充气艇上,手中攥着天线,略显紧张地等待着什么。突然,蜂鸣声响起——这意味着他们收到了蓝鲸身上的追踪器发出的无线电信号,船长立即加速,循着频率逐渐加快的蜂鸣声,希望找到即将浮出水面的巨兽。他们必须要在它再次遁入深海之前赶到,否则就要再等上10分钟。

  从2010年起,这支由几十名科学家组成的团队,就在太平洋、大西洋和南大洋追寻着鲸的踪迹。出海时,他们通常会组建一支小型“舰队”,除了小型的充气艇外,还会有大型科考船,船上的研究人员负责观察和指引。

  如果一切正常,小艇上的科学家会趁着鲸上浮的片刻,伸出6米长的碳纤维杆,把吸附式的追踪器“贴”到鲸身上。追踪器上搭载了相机、麦克风、GPS、加速度计等多种设备,科学家可以用它来追踪鲸的运动轨迹和分析它们的进食频率。与此同时,大船上的研究人员要遥控无人机对鲸进行航拍,以测量体长、估算体重和每次吞入的海水体积,并利用声呐探测,推算出海水中的食物密度

  南露脊鲸(图片来源:Michaël CATANZARITI/Wikimedia Commons;License:CC-BY-SA 3.0)

  到2019年为止,研究团队共标记了321头须鲸,涵盖7个物种(现存的须鲸一共只有14种),并估算出了这些巨兽的胃口到底有多大。让他们没想到的是,以前的科学家严重低估了大型须鲸的食量,在有些海域,新的估算结果甚至达到过去认知的3倍

  比如,2008年发表的一项研究估计,加利福尼亚洋流生态系统中所有的鲸每年要消耗200多万吨食物。然而这次研究团队得出的结果是,这一海域任何一个蓝鲸、长须鲸或座头鲸种群,每年都能消耗超过200万吨食物。他们还发现,在觅食季里(根据鲸的活动,可以将一年分为觅食季和繁殖季),北大西洋东部海域的一头成年蓝鲸每天可以吃掉16吨磷虾,一年要消耗约1500~2000吨磷虾,远超出之前估算的一年500吨左右的食量。事实上,过去学界的共识是,须鲸每日消耗的食物量不超过自身体重的5%,但这次的研究结果表明,这个比例可能能达到5%~30%。

  养育整个海洋

  吃得越多,排得越多。在陆地上,动物粪便可以作为有机肥料;而在海洋里,鲸的排泄可谓润泽四方。在觅食时,鲸会在不同深度之间穿梭游动,大量吞入、滤出海水并排出粪便,就像一个大型搅拌器一样,促进了底层和表层海水的混合和营养物质交换

  在鲸的粪便中,有一种营养物质引起了科学家的特别关注——。硅藻等浮游植物可以通过光合作用制造氧气,贡献了大量的初级生产量(由于初级生产者合成有机物,生态系统中的有机碳总量的增加值),但这一过程依赖于铁元素。然而在许多海域,可溶性铁的含量极低,限制了浮游植物生长。而在南极周边的海域,鲸粪中的铁浓度平均可达145.9mg/kg(在常见的富铁食物中,鸡肝的铁含量为110mg/kg,牛肉为35mg/kg),是海水中的1000万倍

  由于鲸需要出水换气,所以它们常常会在较浅的透光带(photic zone)排便,这就为海面附近的大型硅藻等浮游植物提供了充足的“肥料”。接下来,磷虾会食用硅藻,从而“回收”表层海水中的铁。据估计,南大洋的磷虾体内的铁,约占该区域海平面下200米以内的海水中铁总量的24%。而磷虾是许多须鲸的主要食物来源之一,鲸把它们吃掉之后再排便,就实现了铁元素的循环

  南极磷虾(图片来源:Uwe Kils/Wikimedia Commons;License:CC-BY-SA 3.0)

  “鲸就像移动的磷虾处理工厂,给海洋‘施肥’,提升海洋的生产力。除了鲸以外,很难有物种能够如此大规模地促进营养物质循环。”新研究的通讯作者、美国斯坦福大学的海洋生态学家马修·萨沃卡(Matthew Savoca)说道。

  此外,鲸的粪便和尿液中还含有大量的,鲸在不同深度之间的活动则可以把深海中的带到浅水,这两种元素也对生命活动至关重要。如果没有鲸,很多营养物质可能会沉到海底,使生物丰富的浅海失去重要的营养来源,从而降低整片海洋的总生产力。而且,由于浮游植物的光合作用会吸收大气中的二氧化碳,起到储碳的作用,所以鲸还通过为浮游植物提供“肥料”,间接地扩大了海洋这个“碳库”的储量。

  “我们的结果表明,鲸对全球生态系统初级生产力和吸收碳排放的贡献,在量级上也许可以和整个陆地上的森林生态系统相当。”美国自然历史博物馆海洋哺乳动物标本的负责人尼古拉斯·派恩森(Nicholas Pyenson)这样说道,是美国自然历史博物馆海洋哺乳动物化石的负责人,他也是新研究的共同作者之一。

  即使是在死后,鲸的尸体也会继续滋养海洋——沉到海底的尸体形成了鲸落(whale fall),在海底安静又缓慢地被分解,化能合成细菌、无脊椎动物等许多生物提供食物和栖息地。分解的鲸落还可以持续地为海底沉积物提供碳,通常可以持续2000年以上,可谓是“化作春泥更护花”了。

  鲸落(图片来源:Craig Smith/NOAA/Wikipedia)

  黑暗的过去,尚不明朗的未来

  19世纪后期至20世纪,随着工业化的发展和大型捕鲸船的诞生,捕鲸业给全球的鲸带来了厄运。彼时,鲸脂、鲸须和鲸肉都颇受人们欢迎。据一项研究估计,整个20世纪,全球有将近290万头大型鲸(主要是须鲸)被猎杀。须鲸中许多物种的种群规模严重缩小,而且至今未恢复到捕鲸业发展前的水平。例如,据估计,1900年时南大洋的蓝鲸每年消耗1.67亿吨磷虾,而到了2000年,这个数字只有60万吨,减少了99.6%

  种群数量的锐减,也让鲸作为海洋“工程师”的功能受到了损害。如今,南大洋的鲸每年可以循环利用约1200吨的铁,然而在捕鲸业发展前,这个数值可达约12 000吨。研究团队估计,如果能恢复到这一水平,那么南大洋的净初级生产力(每年的净初级生产量)可以提高11%。派恩森表示:“如果鲸的种群规模恢复到20世纪初期捕鲸业发展前的水平,那么海洋生态系统的功能将在很大程度上得到恢复。”

  1986年,国际捕鲸委员会(IWC)发布的《全球禁止捕鲸公约》正式生效,严格禁止商业捕鲸。此后,全球的捕鲸量显著下降。在上世纪60年代的十年间,全球商业捕鲸活动猎杀的大型鲸数量达到了70万头,但到了90年代时,已减少到约7000头。

  虽然部分须鲸种群正在恢复,但如今这些海洋巨兽并非“高枕无忧”。表层水温升高和海水酸化,威胁着鲸的食物来源。除了气候变化外,船只撞击、渔具缠绕、海洋污染、声污染等其他人为因素,也抑制了鲸种群的恢复。

  被船只撞伤的鲸(图片来源:NOAA, HIHWNMS)

  目前,萨沃卡和同事已经投入到进一步的研究工作中:“我们正在研究,如何利用新发现来帮助恢复海洋生态系统,并让鲸的数量恢复正常。这些工作有望带来多方面的益处,如促进生物多样性保护、渔业发展和碳储存。”

  论文链接:

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

  参考研究:

  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/

  其他参考链接:

  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


新闻来源:新浪