无论是齿鲸还是须鲸（滤食性鲸鱼），都是有史以来最大的动物之一。蓝鲸是地球生命史上最大的动物，体长可达100英尺（30米），体重超过150吨。
尽管鲸鱼已经在这个星球上存在了大约5000万年，但它们只是在过去的500万年左右才进化到如此巨大的体型。研究人员对限制它们巨大体型的因素知之甚少。在这个尺度上，生命的节奏是什么，如此庞大的体型会带来什么后果？
作为研究生态学、生理学和进化的科学家，我们对这个问题感兴趣，因为我们想知道地球上生命的极限，以及是什么让这些动物能够在如此极端的环境中生存。
在一项新发表的研究中，我们表明，鲸鱼的体型受到最大鲸鱼非常高效的捕食策略的限制，这使它们在觅食时摄入的卡路里远多于消耗的能量。
地球上最早的鲸鱼有四肢，看起来像大型犬，至少有一部分生命在陆地上度过。大约花了1000万年，它们的子孙才进化出完全水生的生活方式，再过大约3500万年，鲸鱼才成为海洋中的巨人。
一旦鲸鱼在约4000万年前完全水生化，在海洋中成功的鲸鱼类型要么是须鲸，它们通过嘴中的鲸须过滤器过滤海水来进食，要么是齿鲸，它们使用回声定位来捕猎猎物。
随着鲸鱼沿着这两条路径进化，周围水域中的海洋上升流过程也在加剧。上升流发生在强风沿着海岸平行吹动时，将表层水推离海岸，从深海中抽取富含营养的冷水。这刺激了浮游生物的繁殖。
更强的上升流为须鲸的猎物，如磷虾和饵料鱼，在海岸线附近形成了密集的斑块，创造了合适的条件。以这些猎物资源为食的鲸鱼可以高效且可预测地觅食，使它们能够长得更大。
化石记录显示，须鲸谱系分别在同一时间变得巨大，支持了这一观点。
我们通过借鉴动物能量学——研究生物体如何高效地摄取猎物并将其能量转化为体重的学科——来解决鲸鱼能变得多大的问题。
变得更大是基于简单的数学：如果一个生物体能获得比消耗更多的卡路里，它就会变大。这看似直观，但用从自由生活的鲸鱼中收集的数据来证明这一点是一个巨大的挑战。
为了获取信息，我们的国际科学家团队将带有吸盘的高分辨率标签附着在鲸鱼上，以便我们能够跟踪它们的姿态和运动。标签每秒记录数百个数据点，然后在约10小时后脱落以供回收。
就像使用运动记录行为的Fitbit一样，我们的标签测量了鲸鱼在海洋表面下觅食的频率、潜水的深度以及它们在深处停留的时间。
我们想确定每种物种的能量效率——它们从觅食中获得的总能量相对于寻找和消耗猎物所消耗的能量。
这项研究的数据由来自六个国家的合作者提供。他们的贡献代表了数万小时的海洋实地工作，从极地到极地收集活鲸的数据。
总而言之，这意味着从11个物种的300只齿鲸和须鲸上安装标签，从五英尺长的港湾鼠海豚到蓝鲸，并记录了超过50,000次觅食事件。
总的来说，他们表明，鲸鱼的巨大体型是由动物使用专门的觅食机制增加其净能量收益的能力驱动的。
我们的关键发现是，吞食性须鲸，通过巨大的吞咽吞下成群的磷虾或饵料鱼，获得了最大的能量回报。随着这些鲸鱼体型的增加，它们在吞咽时使用的能量更多——但它们的吞咽量增加得更为显著。
这意味着，须鲸越大，它们的能量效率就越高。我们怀疑须鲸体型的上限可能是由其猎物的范围、密度和季节性持久性设定的。
大型齿鲸，如抹香鲸，偶尔会捕食包括传说中的巨型鱿鱼在内的大型猎物。但海洋中只有这么多巨型鱿鱼，而且它们很难找到和捕捉。更常见的是，大型齿鲸以中型鱿鱼为食，这些鱿鱼在深海中更为丰富。
由于缺乏足够大的猎物，我们发现齿鲸的能量效率随着体型的增加而降低——这与我们记录的须鲸模式相反。因此，我们认为由缺乏巨型鱿鱼猎物造成的生态限制阻止了齿鲸进化出比抹香鲸更大的体型。
这项工作建立在关于鲸鱼体型进化的先前研究基础上。许多问题仍然存在。例如，由于鲸鱼在进化历史上相对较晚地发展出巨大体型，它们未来是否能进化得更大？这是可能的，尽管可能存在其他生理或生物力学限制，限制了它们的适应性。
例如，最近一项测量蓝鲸心率的研究所示，即使在常规觅食行为中，心率也接近其最大值，从而表明生理限制。然而，这是第一次测量，需要更多的研究。
我们还想知道这些体型限制是否适用于其他大型海洋动物，如鲨鱼和鳐鱼，以及须鲸对大量猎物的消耗如何影响海洋生态系统。相反，随着人类活动改变海洋，它们是否会影响鲸鱼的食物供应？我们的研究是一个令人警醒的提醒，自然界中的关系已经在数百万年中进化——但在人类世，这些关系可能会更快地被破坏。