為何鯨魚這麼大?

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圖片來源:Reinhard Dirscherl/ullstein bild via Getty Images

儘管鯨魚在地球已經存在了約五千萬年,但牠們是在過去的五百萬年間才演變成真正的巨型生物。是甚麼因素限制了牠們的體型擴張?在如此巨大的體型下,牠們的生活節奏又是如何?

由史丹福大學生物學助理教授 Jeremy Goldbogen 領導,包含了生態學、生理學和進化論科學家的研究團隊,就對地球生命的局限、為何這些動物在如此極端的條件下生活等提出疑問。他們在「科學(Science)」期刊新發表的研究中指出,鯨魚的大小受制於進食策略的效率,牠們需吸收到可與覓食時燃燒的能量相比的卡路里,才能變得更大。

演化學家認為,鯨魚最初有四肢,至少有一部分是在陸地上生活,牠們花約一千萬年發展出完全水生的生活方式,成為海洋巨霸則需要大約三千五百萬年。在海洋中成功繁衍的鯨魚有兩種:齒鯨和鬚鯨。前者利用迴聲定位獵食,後者則通過口中的鬚過濾海水吞吃磷蝦和餌料魚等食物。在進化期間,一種稱為「海洋上升流」的現像,將表面營養較少的海水推離海岸,同時把深海中營養豐富的冷水扯向海岸,令浮游生物得以大規模生長,賦予磷蝦等海洋小生物適當的生長條件,依靠這些獵物的鬚鯨亦得以更有效率地覓食。化石記錄就顯示,鬚鯨血統在這段時期變得愈加巨大。

研究團隊認為,研究動物的能量學,可得知鯨魚的體型有沒有限制,包括牠們如何有效地消化獵物,並將其能量轉化為體重。如果生物獲得的卡路里多於其消耗的卡路里,那麼牠就會變大。這似乎很符合直覺,但要從自由生活的鯨魚收集數據來證明這一點,殊不容易。

這些活鯨數據,就由 6 個國家的科研人員,在海上工作數萬小時收集得來。團隊以標籤追蹤 11 種共 300 條齒鯨和鬚鯨,測量牠們在海洋表層以下覓食的頻率、捕食的深度以及在深海停留的時間。當中,研究人員記錄了 5 萬多次進食事件,希望從中確定每種鯨魚的能量效率,即從覓食中獲得的能量總量,相對於其在尋找和消化獵物中消耗的能量。結果顯示,鯨魚的巨大化是由動物利用專門的覓食機制,增加淨能量吸收所驅動。

團隊發現,隨著這些鬚鯨體積變大,雖然要用更多能量衝刺和吞嚥,但吞嚥數量同時大增。這意味著鬚鯨愈大,能量效率就愈高。研究人員提出,鬚鯨的大小上限很可能取決於獵物的數量、密度和季節持續性。

大型齒鯨如抹香鯨等,偶爾會捕食大型獵物,包括聞名的巨型魷魚。但巨型魷魚難度始終較高,亦較罕見,大型齒鯨更常以深海中數量較多的中型魷魚為食物。由於缺少足夠大的獵物,團隊發現齒鯨隨著體型增大,其能量效率會降低,與鬚鯨相反。因此,他們認為,缺乏巨型魷魚等獵物,限制了齒鯨的體型發展。

鯨魚在其漫長的進化史中,相對較晚才發展成巨無霸,未來牠們會進化和繼續變大嗎?研究作者認為有可能,但還有其他生理或生物力學因素限制牠們的體型。例如,最近一項測量藍鯨心率的研究表明,即使在常規覓食行為中,其心率亦接近最大值,從而暗示或已達生理極限。

除了鯨魚,研究人員亦好奇這些大小限制是否適用於海上其他大型動物,例如鯊魚和鰩魚;以及鯨魚消耗大量海洋食物,如何影響海洋生態系統。而隨著人類行為改變海洋,又會影響鯨魚的食物供應嗎?