海洋摆脱束缚放肆生长？鲸鱼体型为何如此庞大？

　　出品网易科学人栏目组 惜辰

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　　《大西洋月报》从不同角度剖析了海洋哺乳动物体型偏大的可能原因。有科学家认为，海洋令这些动物摆脱了部分重力，并提供更广泛的觅食空间和更多的食物。但也有人认为，冰冷的海水令它们丧失大量热量，因此体型膨胀，这样体内产生的热量能够多于皮肤上的损失量。但它们无法无限变大，因为食物数量毕竟有限。但究竟为什么鲸鱼却能变成有史以来最庞大的动物？

　　第一次与海狮面对面时，我几乎尖叫起来。当时我正用通气管潜泳，很长时间眼前都是色彩斑斓的珊瑚，突然一抬头看到了一只巨大的动物，它距离我的面罩并不远。它有着乳白色的眼睛，长长的犬牙说明它与熊和狗等陆地食肉动物存在密切的进化关系。最令人不安的是，它实在很大。

　　海洋中的哺乳动物往往都很大。海豹、海狮和海象等鳍足亚目往往肌肉发达，满身赘肉。海牛和儒艮也是如此。而鲸鱼几乎就是“庞大”的代名词。自从进入水下世界，毛皮覆盖的哺乳动物家族的体型一次次地随着进化而膨胀。为什么会这样？

　　对这一趋势的各种解释中，大部分都归因于海洋是一种摆脱束缚的环境。水让哺乳动物的身体摆脱了部分重力，使它们能够演化出在陆地上无法承受的沉重躯体。水让他们不再受到活动范围的限制，允许它们在更广泛的空间内觅食。原来这些动物只能从陆地获得少量食物，现在在水下，它们可以尽情享用大量的浮游生物、甲壳动物和鱼类。

　　但斯坦福大学的威廉·吉尔蒂（William Gearty）却提出了非常不同的解释。对他而言，海洋使哺乳动物变大，不是因为海洋让它们摆脱了束缚，而是因为施加了新的限制。

　　吉尔蒂解释，“进入水中后，它们的身体就会失去热量，但在陆地或空气中并不会这样散失热量。”为了弥补持续的热量损耗，人类在水下会使用紧身潜水衣，鲸鱼靠鲸脂取暖，水獭则依靠厚厚的皮毛。他说，“但弥补热量损失的最容易的方法是体型增大，由于身体膨胀，体积的增加速度快于表面积，所以体内产生的热量相对多于从皮肤上损失的热量。但动物们不能无限变大，因为更大的躯体意味着更多的能量需求。它们能找到、捕捉和吞食的食物数量毕竟有限。”

　　因此，对热量的需求让海洋哺乳动物的体型不断变大，对食物的需求让它们的体型面临上限。吉尔蒂发现，它们之间的体型差距惊人地小，远小于陆地哺乳动物之间的差异。

　　吉尔蒂与斯坦福大学的乔纳森·佩恩（Jonathan Payne）和路易斯安那州大学海事协会的克雷格·麦克莱恩（Craig McClain）一同收集了近7000种哺乳动物的尺寸数据，这些动物也包括已灭绝的动物。他指出，海洋哺乳动物（如鲸鱼、海牛和海豹）各自的平均最佳质量约为500公斤。

　　不过，许多哺乳动物的体重相差很多，抹香鲸和海豚显然不一样大。但重要的是，海洋中这种变化幅度在比陆地上要低得多。吉尔蒂表示，“这些体型最小的水生哺乳动物比最小的陆生哺乳动物大几千倍，但体型最大的水生哺乳动物只比最大的陆生哺乳动物大25倍。我发现以前没有人注意到这一点，这很奇怪。”

　　这种解释不同于海洋让哺乳动物摆脱束缚的说法。相反，这表明水对它们施加了严格的约束。为了茁壮成长，它们必须保持适宜的体型，并且是偏大的体型，不过不能过大也不能过小。吉尔蒂可以用一套方程式来计算这个古迪洛克带（Goldilocks Zone，指适宜生存的最佳状态）的边界。这些方程式把哺乳动物的大小与它失去的热量和找到食物的速度联系起来。方程式不仅计算出海洋哺乳动物的最佳平均体重约为500公斤，还算出所有海洋哺乳动物的体重都在这一理想值上下的狭窄范围内浮动。这两个计算结果恰恰与吉尔蒂等三名研究者的测量结果一致。

　　克莱姆森大学的萨曼塔·普莱斯（Samantha Price）致力于研究哺乳动物的进化。她表示，这很有道理，“但进化是复杂的，”她说，“但导致这些动物体型变大的因素并不仅仅是对热量的需求。”也有人提出，浮力增加等因素让海洋哺乳动物更容易演化到符合“古迪洛克带”的体型。

　　生物学中不乏例外。例如，海洋哺乳动物中，海獭特别小，大约与拉布拉多猎犬一样大。这或许因为它们的皮毛极厚，每平方英寸（合每6。4平方厘米）有多达100万根毛，它们能够借此保暖、体型却不必变大。而且，它们的许多时间是在陆地上度过的，能量损耗不大。

　　最极端的例子是须鲸，它们的体重超过了500公斤这一平均最佳值。其中最大的当属蓝鲸，体重可达18万公斤。在鲸鱼进化史的最后几百万年才出现蓝鲸和它的庞大亲属，史密森学会的尼克·彭森（Nick Pyenson）阐释了原因。大约300万年前，冰川、风和海流的变化在沿海水域产生了大量营养物质，让大群的甲壳动物和小型鱼类茁壮成长，它们进而成为鲸鱼的美餐。

　　这些“美味”的分布并不均匀。它们集中在很偏远的地方，就像自助餐餐厅一样汇集着大量美食，而其他地方的食物如同沙漠一般匮乏。彭森指出，这正是鲸须演化出庞大身体的原因。它们非常擅长寻找密集出现的猎物。巨大尺寸使它们在长期未进食的情况下仍能够存活。它们还演变出了猛扑式进食这一觅食技术，即，加速冲入猎物中，张开巨口，吸入大量海水，让猎物们难逃厄运。

　　海量食物的出现以及捕鲸技术的发展让它们得以突破其他海洋哺乳动物无法超越的体重上限。因此，鲸鱼，而不是海牛或海豹，变成了有史以来最庞大的动物。