科學解讀,海洋中依靠氧氣呼吸的鯨類,在海中睡覺時為何沒憋死?

2020-12-06 前言科學

大家看到的這張圖片是鯨魚們在睡覺時的狀態。

它們在海中睡覺的時候,遠遠看去就像巨大的浮木一樣垂直漂浮在水面附近,而這種奇特的行為模式被稱為 「logging」,相比水平緩慢遊動的睡覺姿勢,鯨魚這樣垂直的睡覺方式的鯨類它們對船隻的反應會更加的遲鈍。

而水平睡覺時,鯨類會察覺到8米以內的船隻,而垂直睡覺時甚至要觸碰到船體的時候才會作出反應,顯然這是因為它們進入了更深層的睡眠狀態。

那麼問題來了,這種垂直睡覺的鯨類是怎麼避免在睡眠中溺水的呢?

首先,我們知道,鯨類是不能和魚一樣用腮呼吸的,它和我們人類一樣都是屬於哺乳動物,需要用肺來呼吸,所以它們每隔一段時間就必須浮到水面上進行換氣,那為了適應海洋生活,它的鼻孔已經從嘴巴前端移到頭頂,而且現在的鬚鯨亞目則是依然長有兩個鼻孔,而齒鯨亞目只剩下了一個鼻孔,在它們鼻孔周圍還有一組肌皮瓣膜,這可以使得它們能夠在潛水的時候將鼻孔完全閉合起來,避免出現嗆水的風險。

像我們人類這種陸生哺乳動物,食道和氣管則是相通的,所以當我們鼻塞時還可以用嘴巴呼吸,但鯨魚的氣管和食道則是完全分離的,食道和氣管是獨立的兩個通道,這就保證了鯨類在海洋中捕食時也不會嗆水,我們通常能看到鯨類浮出水面噴水,其實也並不是它們鼻子裡的水,而是噴出的溫水蒸氣在遇冷後凝結成的水珠,這和寒冬中人們的哈氣是一個道理的。

對於體型巨大的藍鯨來說,只需要幾秒鐘就能完成一次換氣,而體型較小的海豚更是只需要短短的一秒就能完成。

通常情況下吸一口新鮮的空氣,就能供它們在海裡潛行較長一段時間,比如抹香鯨深吸一口氣,就可以在兩小時內下潛至2000多米的深海,有一種說法是,鯨類的肺很大,每次呼吸可以交換更多的空氣,但如果按照肺和體型的比例來算,成年男性肺活量和體重比是1:10,也就是說,一升的肺活量對應的是10公斤的體重,而藍鯨只有1:40,這個比例在哺乳動物中其實是相當小的。

但是鯨類血液中的血紅蛋白和肌肉中的肌紅蛋白的濃度都比人類高很多,它們能幫助鯨魚更高效的運輸和貯存氧氣,其中血紅蛋白能將大氣中的氧氣輸送給機體,而肌紅蛋白則能貯存氧氣,當機體需要時再釋放出來。

也就是說當鯨魚憋一會氣時,身體的肌紅蛋白也能為其身體供氧,而在潛水時,海洋哺乳動物的血液只會流向需要氧氣的心臟、大腦和遊泳肌肉等部位,至於其他的器官都要靠邊等著了。

除此之外,鯨魚對二氧化碳的耐受性更高,它們的大腦只有在二氧化碳遠高於人類所能承受的極限時,才會觸發呼吸反應,這些機制都能在睡眠過程中提供幫助,但並非所有鯨、豚類都是憋氣高手,比如寬吻海豚,幾乎不到10分鐘就需要換一次氣,每天有33.4%的時間處於睡眠狀態,這說明它們並不是依靠極限憋氣來睡覺的。

它們睡覺時會選擇關閉一半大腦讓其處於睡覺的狀態,而另一半大腦則是處於工作狀態,這種現象的學名叫「半腦慢波睡眠」,也就是讓自己一半的大腦處於睡眠狀態,另一半則保持清醒,處於較低的警戒狀態,並控制身體及時換氣,大約兩個小時後又將喚醒另一半大腦,讓這一半大腦繼續睡眠,類似擁有這種行為的動物還有雨燕。

其實為了呼吸和避開敵人,絕大多數海洋動物的持續睡眠時間都很短,例如抹香鯨每天只會花7%的時間睡覺,喜歡在海底睡覺的海牛每隔10多分鐘就會浮出水面換口氣,章魚經常會在睡覺時將大部分觸手蜷縮起來,只留岀2支觸手在哪四處的扒拉,如果受到外界的幹擾,那麼章魚就會立刻驚醒。

不過由於魚類沒有眼瞼,很多人就會誤以為魚類是不會睡覺的,這種現象在佛教裡,魚甚至因為從不入睡,而成了覺醒的象徵,「木魚」也被佛門用來警示僧眾晝夜不忘修行,但實際上,魚也是需要用睡覺來消除神經系統和肢體疲勞的脊椎動物。

有養魚的朋友應該會發現,當你晚上把燈關掉大約一個小時以後,大部分的魚都會停止或者只有微微的遊動,有的甚至直接趴在水裡,這就是魚在睡覺,喜歡抓魚的朋友對這種現象應該是非常的熟悉了,因為晚上抓魚會變得更加的容易。

不過也有例外,比如也有一些夜行的魚類,像鯰魚,反而是夜間開始捕食,到了白天它們就會躲起來睡大覺,而擁有回遊性的魚則是一邊遊泳一邊睡覺,因為它們必須不斷的把水吐出來保持呼吸,比如鯊魚、金槍魚、鯖魚、這些魚類都是如此的。

看到這裡真心的覺得這些魚睡個覺真的是太困難了,相比於魚類,我們人類反而就顯得太過舒服了,完全不用擔心被水淹的危險。

相關焦點

  • 連呼吸都要浮出的鯨類,在海裡睡覺時怎麼不會被憋死?
    原創: SME SME科技故事 鯨類重返海洋,是進化史上最讓人驚嘆的事實之一。為了適應新環境,鯨類克服了諸多障礙,並成了海洋中最特殊的「不速之客」。其中,血液中的血紅蛋白能將大氣中的氧輸送給機體。而肌肉中的肌紅蛋白,其功能則是貯存氧氣,當機體需要時再釋放。因此,即便屏住呼吸一會兒,肌紅蛋白也能為身體供氧。而與人類相比,鯨類無論是血紅蛋白,還是肌紅蛋白的濃度都比人類高。所以,鯨類也能更加高效地運輸和貯存氧氣。 鯨魚肉。
  • 科考隊員南海尋鯨記:主要依靠人眼和望遠鏡
    李松海表示,部分鯨類動物差異很小,漁民分辨不清;資料庫只能統計擱淺動物的種類,卻不知道它們來自哪片海域。要科學評估南海鯨類物種多樣性和分布情況,非進行實地考察不可。  盼鯨  去年4月,由深海所海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室組織的「2019年南海深潛及遠海鯨類科考」起航,李松海擔任航次首席科學家。
  • 烏龜潛水時間那麼長,難道不會把自己憋死?
    而肺部這個器官就是讓我們從空氣中獲取氧氣的,從而完成身體內的各種氧化反應。像鯨,就是最大的哺乳動物,雖然生活在海裡,但是它卻是用肺部呼吸而不是腮。可是鯨的體型巨大,吸一口氣,夠用上幾小時。可是龜就這麼點,吸一口氣能憋多長?總是會令龜友擔心它會不會把自己淹死。對於這種「自殺」行為,不是特定條件下,動物一般是不會做出這種舉動。它們的思維並沒有我們人這麼複雜,好好活下去就是它們的本能。
  • 死一條鯨魚養活12490個生物體,鯨落到底是給海洋多大的回饋
    一鯨落萬物生一頭鯨魚的死亡往往意味著其他生物的誕生。當一頭鯨魚在大海中死亡之後,它的屍體將會從海底落下,它所留下的地方都會給予其他生物足夠的回饋。可以說鯨落是溫暖的,是唯美的,用它的生命來回饋大自然,在黑暗冰冷刺骨的海洋中,它就是深海生命的「綠洲」。那什麼是鯨落?鯨落又有什麼重要的價值?
  • 死一條鯨魚養活12490個生物體,鯨落到底是給海洋多大的回饋
    一鯨落萬物生一頭鯨魚的死亡往往意味著其他生物的誕生。當一頭鯨魚在大海中死亡之後,它的屍體將會從海底落下,它所留下的地方都會給予其他生物足夠的回饋。可以說鯨落是溫暖的,是唯美的,用它的生命來回饋大自然,在黑暗冰冷刺骨的海洋中,它就是深海生命的「綠洲」。那什麼是鯨落?鯨落又有什麼重要的價值?
  • 鯨魚、海豚等海生哺乳動物是如何在水中睡覺而不被嗆著的呢?
    在這裡,小編首先要闢謠,網絡傳言「海豚是不需要睡覺」的論斷絕對是錯誤的,作為高智商哺乳動物,即使生活在冰冷、深不見底的海洋當中,也是需要睡覺的。然而,對於大自然中許多生物而言,它們並不需要像人類一樣每天要至少長達八小時的連續睡眠。
  • 「海中霸王」鯊魚隨感
    收縮時魚下沉,膨脹時魚上浮。魚鰾對於魚來講真的是太重要了!———它相當於一個可以自如控制的氣囊。當魚想上浮時,它就將魚鰾充滿氣體;當魚想下潛時,它就放出魚鰾中的氣體。魚鰾裡充填的氣體主要是氧氣,所以在深水缺氧的環境中,魚鰾可以提供氧氣。可是,鯊魚卻沒有魚鰾!———嗨,真不知道是上帝忘了,還是故意刁難鯊魚。沒有魚鰾的鯊魚只能靠不停地遊動,才能保證身體不至於沉入水底。
  • 南海尋鯨記
    李松海表示,部分鯨類動物差異很小,漁民分辨不清;資料庫只能統計擱淺動物的種類,卻不知道它們來自哪片海域。要科學評估南海鯨類物種多樣性和分布情況,非進行實地考察不可。(小標題)盼鯨去年4月,由深海所海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室組織的「2019年南海深潛及遠海鯨類科考」起航,李松海擔任航次首席科學家。
  • 鯨生活在海洋中又是怎樣呼吸的呢?
    鯨是海洋中最大的哺乳動物。我們都知道哺乳動物是靠肺呼吸的,而鯨生活在海洋中又是怎樣呼吸的呢?雖然鯨生活在海洋中,靠鰭遊泳,但它不像魚那樣用鰓呼吸,而是和其他哺乳動物一樣用肺呼吸。鯨在潛水前並不是先吸氣,而是要先呼出肺內的氣體。有些人認為鯨很大,所以它的肺也會很大,這樣鯨就可以依靠自己龐大的肺貯藏氧氣用來在水下呼吸。
  • 科學家在南海首次發現鯨落,鯨落是什麼?具有怎樣的價值?
    因為畢竟科學家又不是神,可以準確的預測哪一條鯨要在何時何地死亡,也不能海底撈針似的到處瞎找,費時費力的時,估計連試驗經費都騙不到。所以觀察鯨落是一個相當隨緣的行為。沒錯,科學家不知道鯨是什麼時候要死,並且什麼時候沉入海底的?但科學家可以做實驗啊呀!
  • 鯨落是什麼意思 抖音當鯨魚在海洋中死去故事完整版
    最近大家都在抖音上說一個故事,當鯨魚在海洋中死去,當鯊魚在海中死去,是不是特別的好奇呢?下面小編就為大家帶來了抖音當鯨魚在海洋中死去故事完整版分享。  鯨落是什麼意思  當鯨魚在海洋中死去,它的屍體會緩慢沉入海底。這個緩慢的過程有一個飽含詩意的名字--鯨落(Whale Fall)。這樣一座鯨魚的屍體可以供養一套以分解者為主的循環系統長達百年,這是它留給大海最後的溫柔。
  • 深讀|鯨落萬物生——揭秘我國科學家首次在南海發現鯨落
    (TS16航次共同首席科學家、中山大學海洋科學學院副教授謝偉供圖)什麼是鯨落生於海、死於海、反哺海,鯨落為深海生物提供了豐富的食物來源,與熱液、冷泉一同被稱為深海生命的「綠洲」萬物的生存,有賴於生態循環系統。海洋生物自然也不例外。
  • 鯨落:生於海、歸於海、長於海、隱於海,一鯨落萬物生
    鯨落(Whale Fall),指鯨死去後沉入海底的現象。當鯨在海洋中死去, 它的屍體最終會沉入海底,生物學家賦予這個過程為鯨落。一座鯨的屍體可以供養一套以分解者為主的循環系統長達百年。鯨落是指鯨魚死亡後落入深海形成的生態系統,與熱液、冷泉一同被稱為是深海生命的「綠洲」。
  • 同為海洋哺乳動物,為何海獅可以曬太陽,而鯨魚擱淺就變鯨爆?
    我們經常會在網際網路看到一些擱淺的鯨魚,它們龐大的身軀在沙灘上一動不動,如果沒有人類的幫助,它們就會漸漸死亡,然後再過一段時間就會變成一次「鯨爆」。但是如果我們仔細想一下,鯨魚雖然名字裡也有「魚」,但是它們卻更像我們人類。它們和我們一樣是哺乳動物,呼吸的是空氣,依靠的是肺,它們無法長時間呆在水下,每隔一段時間就要回到水面呼吸。
  • 為何鯨魚的死亡被人們稱為是「鯨落」?究竟有著什麼美好的寓意呢
    如果提起海洋生物,那麼相信很多小夥伴肯定第一時間想到的就是鯨魚,因為鯨魚是一種非常美好的存在,在海洋裡面的許多生物中它們代表著親近的一類。它們天生與人類友好,但是卻讓人想不到的是有些人為了自己的利益,然後去捕殺鯨魚。
  • 在南海,科學家這樣尋找「鯨」喜
    李松海表示,部分鯨類動物差異很小,漁民分辨不清;資料庫只能統計擱淺動物的種類,卻不知道它們來自哪片海域。要科學評估南海鯨類物種多樣性和分布情況,非進行實地考察不可。盼鯨去年4月,由深海所海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室組織的「2019年南海深潛及遠海鯨類科考」起航,李松海擔任航次首席科學家。
  • 我國科學家首次在南海發現鯨落
    生於海、死於海、反哺海,鯨落為深海生物提供了豐富的食物來源,與熱液、冷泉一同被稱為深海生命的「綠洲」萬物的生存,有賴於生態循環系統。海洋生物自然也不例外。「當鯨在海洋中死去,它的屍體最終會沉入海底,並在此過程中形成一個獨特的深海生態系統,生物學家稱這一過程為鯨落(Whale fall)。」
  • 鯨的故事:從生到死都在做貢獻!
    鯨類是海洋生態系統中的頂級消費者之一,它們的一生對於海洋生態系統的平衡和食物網的維持都至關重要,甚至死後依然在對深海的生態系統做出貢獻。今天就讓我們一起走進這種海洋巨獸,了解它們的生態故事吧。 鯨都吃些什麼?
  • 鯨是怎樣呼吸的?
    鯨是海洋中最大的哺乳動物。我們都知道哺乳動物是靠肺呼吸的,而鯨生活在海洋中又是怎樣呼吸的呢? 雖然鯨生活在海洋中,靠鰭遊泳,但它不像魚那樣用鰓呼吸,而是和其他哺乳動物一樣用肺呼吸。鯨在潛水前並不是先吸氣,而是要先呼出肺內的氣體。
  • 裏海:叫海卻是湖,有海豹沒有鯨
    地理初學者很容易將其視為海,事實上古代裏海沿岸的居民也這麼認為,因為它的面積太大了——有39萬平方千米,和黃海差不多大,是渤海的七倍,而且它的水也是鹹的。然而,裏海不與任何海洋相連接,因此它只是個超級大的湖泊。既然裏海是湖,那它自然不應該有鯨這些海洋動物了。