生物

太小易冷,太大易饿,海洋哺乳动物们长出了相似的尺寸

Sara Chodosh 发表于  2018-04-09 12:48

(vicko238/译、Ent/校)传统上人们相信,鲸鱼之所以长得很大,仅仅是因为它能长很大。水有浮力,海洋广阔,似乎正是这束缚的缺乏,让哺乳动物能够长出惊人的尺寸。

不过新的研究指出,水生哺乳动物身上的束缚也许反而更多——而不是更少。为了搞清楚这件事,研究人员观察了3859种现存哺乳动物和2999种化石物种,指出这些动物的体重是如何随着哺乳动物系统的演化而变化的。他们的研究发表在3月份的《美国国家科学院院刊》上。

座头鲸(Megaptera novaeangliae),成年个体长达12-16米,重约36吨。图片来源:Wikimedia Commons

虽然有些巨鲸和水獭是例外,但大部分海洋哺乳动物类群,体重都聚集在500千克体重线附近,不管和它关系最近的陆生哺乳动物多大。狗、长颈鹿和鼹鼠与海豹、鲸和海牛都同属于一个演化大类群,但从鼹鼠到长颈鹿就差异很大,而海豹、海牛以及大部分鲸却都差不多。这让研究者想到,也许这不只是一个水允许哺乳动物长更大的问题,而是这些动物似乎趋向于一个特定的体重——500千克。

数据为这种奇怪一致性提供了一个简单解释:海水会偷走动物体温。

水极其擅长带走你的体温,专业术语叫“比热容高”。一种物质的比热容指的是每千克该物质上升1摄氏度所需要的热量。想象一下,平底锅点上火,锅里放着水或者橄榄油。油会很快烧热,但水要过一阵才热(每个做过煎鸡蛋和水波蛋的人都知道)。橄榄油的比热容是1.97,而水的为4.19。所以烧水大概要用加热橄榄油两倍的热量。

这意味着海水可以从中漂浮的动物身上吸走大量热量,而不怎么改变自身温度。如果你周围的水很快变暖,你就会被一薄层的温水包裹而不会那么快地丢失热量。但现实并非如此,你的身体只会在水里持续变冷。

所以简单来说,一只哺乳动物必须要长出庞大的体型才不至于把所有热量散失在水中。很多海洋哺乳动物演化出了表皮下的脂肪层来防止热量流失。但这篇研究指出,海洋哺乳动物也变得更大了。根据他们的估算,水中体型的最小值比陆地的最小值大三个数量级。

小型的陆生哺乳动物们。图片来源:mammals-locomotion.com/preface.html

500千克大到足以保暖,但又不至于太大到需要摄取巨量食物来维持新陈代谢。就算是那些食谱近似于海豚和海豹的大鲸——也就是吃大鱼和其他海洋生物的那些——这一条也是成立的。你必须耗费很多精力来搜寻食物,没准还找不到多少,所以在水里长成庞然大物有风险的。如果不发展出新的进食策略,抹香鲸似乎是能够达到的最大体型(雄性平均长16米,重达41吨;雌性平均长11米,重达14吨)。

须鲸就改变了进食方法。当它们从有牙齿转变为有鲸须时,才得以演化出巨大的身形。那些大型过滤网似的东西使须鲸们能在吸进海洋生物的同时排出海水,只留下磷虾和小鱼吞进肚子。这是个高效得多的进食方式,因为猎食过程简直太轻松。这就让须鲸们能够比有牙的兄弟们长得更大。

人与鲸目动物:须鲸尾巴在左,齿鲸尾巴在右,右上角为抹香鲸。图片来源:whalesofthewworld.blogspot.hk/

水獭就是个谜了。它们仅有45公斤重——比它在陆地上的对应生物鼩鼱要大,但远远比不上海豹。研究者不确定为什么会这样,虽然他们怀疑这可能是因为水獭不是完全的水生动物。它们生活在河岸和沿海地带,大量时间是在陆地上,即使它们是游泳高手并且也在海中长期生活。脚踩两个阵营可能让水獭们最终有了介于两者之间的体型。

过去流传甚广的观点是,钻进海洋的动物们只是不再被可恶的重力与有限的空间所约束才变大的。如果这些动物的体型是整体增大的结果,我们应当会看到水中与陆上有着同等多样化的体重。但我们没看到。我们看到趋同,而不仅是增大,这说明关于浮力与栖息地大小的旧理论——至少是——比我们原先以为的重要性更小。

所有这些也许看起来有点无关紧要或是显而易见,但是,让我们不要忘记有时科学的目的是去解释看起来无关紧要或是显而易见的事情。我们只有通过观察或测试才能发现、确定现象,否则,我们只是在跟随直觉走。类似的研究帮助我们更好地了解生命为什么这样或为什么不这样。这些知识可能在某一天将连本带利地转化为仿生设计,比如宇宙飞船、潜水服或者潜水艇。或者,是为了知识本身。不管哪种都很好。

题图来源:Wikimedia Commons

编译来源

Popular Science, Otters are too small, whales are too big, and seals are just right.

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全部评论(19)
  • 1楼
    2018-04-09 14:24 大熊座御手

    不想上课,想睡觉

    [2] 评论
  • 2楼
    2018-04-09 14:37 天降龙虾

    所以,宇宙中的智慧生物大概也会有类似的情况吧。。。大家体型都差不多,打起来别说谁欺负谁。。。

    [0] 评论
  • 3楼
    2018-04-09 16:25 飞面神教

    那小型的海豹怎么解释?贝加尔海豹才40千克啊

    [0] 评论
  • 4楼
    2018-04-09 19:37 地球上的裸猿

    所有这些也许看起来有点无关紧要或是显而易见,但是,让我们不要忘记有时科学的目的是去解释看起来无关紧要或是显而易见的事情。我们只有通过观察或测试才能发现、确定现象,否则,我们只是在跟随直觉走。类似的研究帮助我们更好地了解生命为什么这样或为什么不这样。这些知识可能在某一天将连本带利地转化为仿生设计,比如宇宙飞船、潜水服或者潜水艇。或者,是为了知识本身。不管哪种都很好。

    [0] 评论
  • 5楼
    2018-04-10 08:37 大头米少

    看图说话

    [1] 评论
  • 6楼
    2018-04-10 11:00 q68257962
    引用@大头米少 的话:看图说话


    我印象里蓝鲸和座头鲸是同一个物种的两个名字。

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  • 7楼
    2018-04-10 11:55 大头米少
    引用@q68257962 的话: 我印象里蓝鲸和座头鲸是同一个物种的两个名字。

    座头鲸(Megaptera novaeangliae)
    蓝鲸(Balaenoptera musculus)

    当然,如果你指它们都是须鲸亚目,那算我什么都没说过。

    [2] 评论
  • 8楼
    2018-04-10 12:49 q68257962
    引用@大头米少 的话:座头鲸(Megaptera novaeangliae)蓝鲸(Balaenoptera musculus)当然,如果你指它们都是须鲸亚目,那算我什么都没说过。

    你说对了,我记错了。

    [0] 评论
  • 9楼
    2018-04-10 13:02 vicko238
    引用@大头米少 的话:看图说话

    第一张照片根据超长前翅和头部凸点判断,是座头鲸。

    第二张图片是为了给大型海洋哺乳动物做个体型对比,作者应该是找了个须鲸代表最大的蓝鲸。为了避免误解这张图将撤去。感谢捉虫。

    [0] 评论
  • 10楼
    2018-04-10 13:09 大头米少
    引用@vicko238 的话:第一张照片根据超长前翅和头部凸点判断,是座头鲸。第二张图片是为了给大型海洋哺乳动物做个体型对比,作者应该是找了个须鲸代表最大的蓝鲸。为了避免误解这张图将撤去。感谢捉虫。

    我确实也在想是不是有什么原因这么标示,所以也没好直接断言对错。但抵不过心中疑问就提出来了

    [0] 评论
  • 11楼
    2018-04-10 19:58 地球上的裸猿

    test

    [0] 评论
  • 12楼
    2018-04-10 23:12 nonhounnome 音乐学硕士
    引用@飞面神教 的话:那小型的海豹怎么解释?贝加尔海豹才40千克啊

    文章说的是海洋哺乳动物……

    [0] 评论
  • 13楼
    2018-04-11 08:32 飞面神教
    引用@nonhounnome 的话:文章说的是海洋哺乳动物……

    环海豹也只有平均体重70~80公斤啊

    [0] 评论
  • 14楼
    2018-04-16 12:37 前路转左
    引用@飞面神教 的话:环海豹也只有平均体重70~80公斤啊

    太多数时间在陆地上吧。

    [0] 评论
  • 15楼
    2018-04-16 14:18 飞面神教
    引用@前路转左 的话:太多数时间在陆地上吧。

    那又不能解释为何海豹中也有300多千克的大家伙了。

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  • 16楼
    2018-04-17 15:17 前路转左
    引用@飞面神教 的话:那又不能解释为何海豹中也有300多千克的大家伙了。

    人里面也有魔山跟小四这样的区别啊

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  • 17楼
    2018-04-18 09:51 飞面神教
    引用@前路转左 的话:人里面也有魔山跟小四这样的区别啊

    大型海豹遵守500kg原则,小型海豹不遵守,如果太多数时间在陆地上是小型海豹不遵守的原因,那么大型海豹和小型海豹在活动行为上差异并不大,为何大型海豹会遵守?魔山跟小四是个体间差异,不是种群的整体性差异,这个对比无意义

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  • 18楼
    2018-04-19 09:57 熬夜会饿肚子

    恒温动物的体型越大代谢率是越低的。越大的动物体表比表面积越小,保持热量的能力也越强,这也是海洋哺乳动物再小也不会太小的原因

    [0] 评论
  • 19楼
    2018-04-19 09:58 熬夜会饿肚子

    这是微博上鲸类大佬@长鲸吟 的话

    [0] 评论

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