蓝鲸为什么不能长得更大?

作者: 廖红艳

来源: 赛先生

发布日期: 2019-12-23 18:00:00

本文探讨了蓝鲸为何不能长得更大,通过研究蓝鲸的心率变化揭示了其生理极限,以及这可能是蓝鲸未演化成更大生物的原因。

去年,戈德博根的团队利用精心设计的心率仪测量了一只雄性蓝鲸的心率,他们惊奇地发现,蓝鲸的心跳似乎常常处于极端过缓或极端过速的状态中。研究人员在今年11月发表于《美国科学院院刊》(PNAS)的一篇论文中,对这些数据进行了详细解读,为我们揭开了有关蓝鲸心脏的更多奥秘,以及为什么蓝鲸没有演化成更大生物的原因。斯坦福大学霍普金斯海洋站位于加利福尼亚州蒙特雷湾,紧邻广阔的太平洋。

这里是海洋生物学家杰里米·戈德博根工作的地方,运气好的时候,他站在自己办公室窗前,能看到游弋的巨鲸。戈德博根在纽约州的农村长大,周围有4万平方米的广袤土地供他玩耍、探索。从小喜欢户外探险的他,至今还记得参加附近大学举办的科学营,第一次在显微镜下看到河水中微观世界时的震撼。高中时,戈德博根又幸运地遇到了一位擅长用讲故事的方式教授生物学原理的老师,从此,在他内心埋下了思考和探索生物学的种子。

在得克萨斯大学奥斯汀分校上大学时,戈德博根很自然地选择了动物学专业,但当时的他肯定没有想到,自己未来的研究对象居然是世界上最大的动物——蓝鲸。根据美国海洋和大气管理局的数据,最大的蓝鲸身长可达33米、体重约150吨。虽然在长度上,蓝鲸可能会败给某些长着细长脖子和尾巴的恐龙,但论体积和重量,它们绝对是地球上有史以来最大的“巨无霸”(也有说法认为,易碎双腔龙是有史以来最大的动物)。

为了更好地了解蓝鲸的习性,近20年来,海洋生物学家开始使用传感器,记录蓝鲸生活的方方面面。戈德博根的工作之一,就是通过将吸盘式传感器贴在蓝鲸身上,了解蓝鲸游弋、潜水和觅食时的位置、速度和加速度。2016年,戈德博根实验室的研究人员与其他鲸类研究人员和工程师一起,开发了一种传感器套件,其中装有可记录蓝鲸3D运动的微型版仪器和新的水下相机。

新视频为研究人员提供了令人难以置信的视野,观看视频时,你就像正坐在蓝鲸背上畅游大海,会感到肾上腺素飙升。这次的视频为生物学家解答了一个肌肉力学方面的问题:蓝鲸是在速度最大时张开嘴摄食,而不是在达到最大速度前几秒张开嘴。2018年,戈德博根和同事终于将目标锁定在了出现在蒙特雷湾的一头雄性蓝鲸上。

这条蓝鲸体长23米,体重70吨,根据它身上的斑点,研究人员认出曾在2003年见过它,所以它当时的年龄至少是15岁(就像人类的指纹一样,蓝鲸的斑点特征可用来识别不同的个体)。研究人员根据哺乳动物异速生长公式计算得出,这头70吨重的蓝鲸心脏重量大约为319千克,每搏输出量大约为80升,静息心律为15次/分钟。蓝鲸拥有动物中最大的心脏,重量可以与一头牛相当。

根据从传感器获得的8.5小时的心电图和深度记录,研究人员构建了蓝鲸的心率图。结果让研究人员感到非常意外:虽然蓝鲸在夜间休息时的平均心率为13次/分钟,非常接近预测的15次/分钟,但在摄食时,心率却走向了两个极端,不是极端心动过缓就是极端心动过速。蓝鲸在心率和血流控制方面具有非凡的能力,这可能有助于解释,为什么蓝鲸成为了地球上最大的动物。

但研究人员认为,从另一个角度来看,这也可能是它们没有演化得更大的原因。近年来,由于气候变化改变了磷虾的分布,蓝鲸的活动“热点”从南加州变成了蒙特雷湾,也就是霍普金斯海洋站的“后院”。戈德博根实验室拥有得天独厚的地利条件,研究人员已经在数百头鲸身上部署了传感器,每一次部署传感器后,他们都会得到一些有趣的新东西。

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