太小易冷,太大易餓,海洋哺乳動物們長出了相似的尺寸

2021-01-17 果殼網

(vicko238/譯、Ent/校)傳統上人們相信,鯨魚之所以長得很大,僅僅是因為它能長很大。水有浮力,海洋廣闊,似乎正是這束縛的缺乏,讓哺乳動物能夠長出驚人的尺寸。

不過新的研究指出,水生哺乳動物身上的束縛也許反而更多——而不是更少。為了搞清楚這件事,研究人員觀察了3859種現存哺乳動物和2999種化石物種,指出這些動物的體重是如何隨著哺乳動物系統的演化而變化的。他們的研究發表在3月份的《美國國家科學院院刊》上。

座頭鯨(Megaptera novaeangliae),成年個體長達12-16米,重約36噸。圖片來源:Wikimedia Commons

雖然有些巨鯨和水獺是例外,但大部分海洋哺乳動物類群,體重都聚集在500千克體重線附近,不管和它關係最近的陸生哺乳動物多大。狗、長頸鹿和鼴鼠與海豹、鯨和海牛都同屬於一個演化大類群,但從鼴鼠到長頸鹿就差異很大,而海豹、海牛以及大部分鯨卻都差不多。這讓研究者想到,也許這不只是一個水允許哺乳動物長更大的問題,而是這些動物似乎趨向於一個特定的體重——500千克。

數據為這種奇怪一致性提供了一個簡單解釋:海水會偷走動物體溫。

水極其擅長帶走你的體溫,專業術語叫「比熱容高」。一種物質的比熱容指的是每千克該物質上升1攝氏度所需要的熱量。想像一下,平底鍋點上火,鍋裡放著水或者橄欖油。油會很快燒熱,但水要過一陣才熱(每個做過煎雞蛋和水波蛋的人都知道)。橄欖油的比熱容是1.97,而水的為4.19。所以燒水大概要用加熱橄欖油兩倍的熱量。

這意味著海水可以從中漂浮的動物身上吸走大量熱量,而不怎麼改變自身溫度。如果你周圍的水很快變暖,你就會被一薄層的溫水包裹而不會那麼快地丟失熱量。但現實並非如此,你的身體只會在水裡持續變冷。

所以簡單來說,一隻哺乳動物必須要長出龐大的體型才不至於把所有熱量散失在水中。很多海洋哺乳動物演化出了表皮下的脂肪層來防止熱量流失。但這篇研究指出,海洋哺乳動物也變得更大了。根據他們的估算,水中體型的最小值比陸地的最小值大三個數量級。

小型的陸生哺乳動物們。圖片來源:mammals-locomotion.com/preface.html

500千克大到足以保暖,但又不至於太大到需要攝取巨量食物來維持新陳代謝。就算是那些食譜近似於海豚和海豹的大鯨——也就是吃大魚和其他海洋生物的那些——這一條也是成立的。你必須耗費很多精力來搜尋食物,沒準還找不到多少,所以在水裡長成龐然大物有風險的。如果不發展出新的進食策略,抹香鯨似乎是能夠達到的最大體型(雄性平均長16米,重達41噸;雌性平均長11米,重達14噸)。

鬚鯨就改變了進食方法。當它們從有牙齒轉變為有鯨鬚時,才得以演化出巨大的身形。那些大型過濾網似的東西使鬚鯨們能在吸進海洋生物的同時排出海水,只留下磷蝦和小魚吞進肚子。這是個高效得多的進食方式,因為獵食過程簡直太輕鬆。這就讓鬚鯨們能夠比有牙的兄弟們長得更大。

人與鯨目動物:鬚鯨尾巴在左,齒鯨尾巴在右,右上角為抹香鯨。圖片來源:whalesofthewworld.blogspot.hk/

水獺就是個謎了。它們僅有45公斤重——比它在陸地上的對應生物鼩鼱要大,但遠遠比不上海豹。研究者不確定為什麼會這樣,雖然他們懷疑這可能是因為水獺不是完全的水生動物。它們生活在河岸和沿海地帶,大量時間是在陸地上,即使它們是遊泳高手並且也在海中長期生活。腳踩兩個陣營可能讓水獺們最終有了介於兩者之間的體型。

過去流傳甚廣的觀點是,鑽進海洋的動物們只是不再被可惡的重力與有限的空間所約束才變大的。如果這些動物的體型是整體增大的結果,我們應當會看到水中與陸上有著同等多樣化的體重。但我們沒看到。我們看到趨同,而不僅是增大,這說明關於浮力與棲息地大小的舊理論——至少是——比我們原先以為的重要性更小。

所有這些也許看起來有點無關緊要或是顯而易見,但是,讓我們不要忘記有時科學的目的是去解釋看起來無關緊要或是顯而易見的事情。我們只有通過觀察或測試才能發現、確定現象,否則,我們只是在跟隨直覺走。類似的研究幫助我們更好地了解生命為什麼這樣或為什麼不這樣。這些知識可能在某一天將連本帶利地轉化為仿生設計,比如宇宙飛船、潛水服或者潛水艇。或者,是為了知識本身。不管哪種都很好。

題圖來源:Wikimedia Commons

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