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从水獭到蓝鲸:海洋哺乳动物的体型有何奥秘?

科技资讯  2018年3月30日 08:26  来源:新浪科技
摘要:绝大多数海洋哺乳动物的重量都处于略高于500千克的水平——与海豹差不多。以磷虾为主食使须鲸成为了海洋中体型最大的一类动物。在水陆环境中都很活跃的生活方式或许也造就水獭适中的体型。
绝大多数海洋哺乳动物的重量都处于略高于500千克的水平——与海豹差不多。绝大多数海洋哺乳动物的重量都处于略高于500千克的水平——与海豹差不多。
以磷虾为主食使须鲸成为了海洋中体型最大的一类动物。以磷虾为主食使须鲸成为了海洋中体型最大的一类动物。
在水陆环境中都很活跃的生活方式或许也造就水獭适中的体型。在水陆环境中都很活跃的生活方式或许也造就水獭适中的体型。

  新浪科技讯 北京时间3月30日消息,据国外媒体报道,以往的观点认为,鲸类之所以能长那么大,是因为它们可以长那么大。水能够提供浮力,而大海又极其广阔,似乎是无拘无束的环境造就了海洋哺乳动物庞大的体型。

  然而,一项新研究显示,水生哺乳动物受到的约束可能更多,而不是更少。为了弄清楚这一问题,研究人员分析了3859只活体哺乳动物和2999个化石物种,揭示出哺乳动物世系演化中体型如何变化,他们的结果发表在最近的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

  尽管存在一些例外(某些巨大的鲸类和水獭),但绝大多数海洋哺乳动物的重量都处于略高于500千克的水平。相比之下,与它们对应的陆地哺乳动物在体型上的差别要大得多。犬类、长颈鹿和大象分别与海豹、鲸类和海牛属于类似的演化群体,但水生种类的体重差异明显更小。研究人员认为,这表明使哺乳动物体型变得更大的原因不但仅是水。他们被这个特定的重量吸引住了。

  研究数据揭示了这种奇特的体型分布背后的原因:海水会夺走热量。

  海水可以轻而易举地夺走哺乳动物体内的热量。我们可以用“高比热”来描述这一现象。物质的比热是指将1千克物质的温度提高1开尔文度所需的热量。想象一下,将水或橄榄油倒在平底锅上加热,橄榄油会很快升温,而水需要等一会才能达到同样的温度。橄榄油的比热为1.97,而水的比热是4.19,因此加热水所需的能量几乎是加热橄榄油的两倍。

  这意味着,海水能吸收水面上生物体的大量热量,而水温却几乎不会有任何变化。如果你周围的水升温很快,那你应该是身处温水层中,热量散失的速度不会很快。如果不是这样的话,你的身体就会不断降温。

  所以,为了不使自己全身的热量都流失到周围水体中,哺乳动物必须有相当大的体型。许多水生哺乳动物都演化出了厚厚的脂肪层,以避免热量流失,但该研究指出,体型增大也可以达到同样的效果。据估计,适宜在水中生存的最小体型大约比陆地上的最小值大三个数量级。

  500千克的体重已经足以保持温暖,但还不够大,你必须消耗大量食物来促进新陈代谢,从而维持体温。许多鲸类的食物与海豚或海豹类似,即它们主要以大型鱼类和其他海洋生物为食。它们必须花费大量的精力寻找食物,并且还可能得不到很多食物。所以,非常庞大的体型在海洋中是有风险的。抹香鲸似乎就是在没有发展出新的捕食方式的情况下,所能长到的最大体型。

  相比之下,须鲸就做出了改变。随着捕食工具从牙齿演化成鲸须,它们的体型也开始变得无比庞大。鲸须就像一台过滤器,使它们能从海水中取食大量的磷虾和小型鱼类。这是一种更加高效的进食方式,因为捕猎过程就是嘴巴一张一合的事情,它们因此也能长得比齿鲸近亲大得多。

  水獭似乎更像是一个谜。它们的重量最多也就45千克,虽然比陆地上对应的动物(如鼩鼱)大了不少,但完全无法与海豹相提并论。研究人员尚不确定为什么如此,他们推测可能是因为水獭并非完全营水生生活。水獭通常生活在河岸和海岸线附近,有相当部分时间生活在陆地上,尽管它们同时也是优秀的游泳者,并且经常在海洋里活动。在水陆环境中都很活跃的生活方式,或许也造就了它们适中的体型。

  此前主流的观点认为,进入海洋的动物不会再受到重力和空间局限的困扰。如果它们的体型是由整体的刺激造成的,那我们应该会在水中和陆地上见到同样的体重变化。然而,现实并非如此。我们看到的是一种趋势的回归,而非连续的增加,这表明至少在某种程度上,旧理论中提到的浮力和生境是相对影响较小的因素。

  所有这些看起来似乎有点不相关,甚至是显而易见的,但我们不要忘记,有时候科学的目的就是解释看起来不相关或显而易见的东西。我们只能通过检查和分析来发现背后的奥秘,否则就只是依赖我们的直觉。类似这样的研究可以帮助我们更好地理解生命的运作方式。这些知识或许某一天会被用于设计仿生飞船或潜水装备。即使没有这些应用,单纯研究这些知识也是挺不错的。(任天)

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