Nature：鲸鱼是比以前认为的更重要的生态系统“工程师”

关于鲸鱼摄食的研究突出了大型海洋哺乳动物的急剧减少如何对海洋生态系统的健康和生产力产生负面影响。

　　

研究人员说，这个矛盾的结果表明，大型海洋哺乳动物的急剧减少对海洋生态系统的健康和生产力产生了多大的负面影响。

“在我们停止捕鲸50年之后，我们仍然在了解它的影响。斯坦福大学霍普金斯海洋站Goldbogen实验室的博士后学者、该论文的第一作者马修·萨沃卡(Matthew Savoca)说。“我们正在研究如何利用这些信息来恢复海洋生态系统，让鲸鱼回来。希望这对生物多样性保护、渔业产量和碳储存等方方面面都有好处。”

研究人员在问了一个非常基本的问题后得出了令人不安的结论:鲸鱼吃多少?

现代化鲸鱼研究

大型鲸鱼天生就很难研究，因为它们不能被圈养。所以，之前对鲸鱼消耗多少的估计通常仅限于对鲸鱼死亡的研究，或基于更小动物的代谢推断。

在这项研究中，研究人员观察了蓝鲸、长须鲸、座头鲸和小须鲸——这些鲸都是通过吞下大量的水，然后通过嘴巴的须板过滤，直到只剩下猎物。他们使用了几个高科技的标签设备，这些设备通常会在鲸鱼身上挂上5到20个小时，记录它们的运动、加速、声音，如果光线允许的话，还会记录视频。杜克大学海洋机器人与遥感实验室(Duke Marine Robotics and Remote Sensing Laboratory)使用的无人机测量了鲸鱼个体的长度，这有助于研究人员估计它们的食量。与环境研究部门合作在NOAA和加州大学圣克鲁斯,研究者还跑一个水下设备称为回声测深仪——塞弗比喻成“一个花哨的鱼群探测器”——利用声波在几个不同的频率来衡量有多少猎物。

“所有这些加在一起真的让我们看到了这个令人惊叹的景象，”Goldbogen实验室的研究生、这篇论文的合著者Shirel Kahane-Rapport说。“从每一个个体中，你可以了解很多关于鲸鱼的知识，但结合起来将研究带到另一个水平。”

对他们捕获的数据进行分析后发现，南大洋的鲸鱼吃掉的磷虾大约是之前估计的两倍，而加州海岸以磷虾为食的蓝鲸和座头鲸吃掉的磷虾大约是之前估计的两到三倍。然而，以座头鲸为食的鱼类可能会吃掉之前估计的数量，甚至更少。这个范围似乎反映了食物的能量密度——鲸鱼需要吃更多的磷虾来获得与较少数量的鱼类相同的能量。

“随着大型须鲸越来越大，它们用来进食的解剖结构也变得相对更大，”霍普金斯海洋站(Hopkins Marine Station)联席主任、人文与科学学院(School of Humanities and Sciences)生物学副教授杰里米·戈德伯根(Jeremy Goldbogen)说，他是这篇论文的资深作者。“它们进化出了这些系统，使它们成为进食机器。这种不成比例的大食量让它们能够充分利用丰富的食物，比如磷虾。”

研究人员根据标签上记录的猎物密度、吞咽大小和刺击频率的数据来估计它们的消耗量。从数小时的数据到一般估算(并将其应用于世界各地的鲸鱼)都需要仔细计算。

“我们提出了一个非常复杂的过程，在这个过程中，我们尽量保持尽可能多的不确定性，”Goldbogen实验室的研究生、这篇论文的合著者Max Czapanskiy说。“没有其他人有这样的数据。这是一个巨大的进步，但与此同时，这是一个很难研究的系统，仍然有很多不确定性。”

根据这些新的消费量估计，研究人员计算出，20世纪早期南大洋的磷虾数量必须是现在的5倍左右，才能养活捕鲸前的鲸鱼种群。这意味着鲸鱼在其生态系统中扮演着一个复杂的角色，它们数量的减少或恢复与整个生态系统的生产力和功能密切相关。

Kahane-Rapport说:“希望这样的工作能够真正让人们考虑到人类活动对整个生态系统的影响，因为我们仍然在不断地影响着他们的环境。”

移动加工厂

南大洋是地球上最多产的生态系统之一，这在很大程度上是由于大量的被称为浮游植物的微观藻类。浮游植物是磷虾、小鱼和甲壳类动物的重要食物来源，而这些食物又被包括鲸鱼、鸟类和其他鱼类在内的大型动物吃掉。但鲸鱼也有助于浮游植物的生存。通过吃磷虾然后排便，鲸鱼将锁定在磷虾中的铁释放回水中，使浮游植物可以获得这些铁，浮游植物需要这些铁才能生存。

Czapanskiy说:“如果没有浮游植物，你就不可能得到所有的动物和我们所关心的一切。”“当鲸鱼数量非常多的时候，它们在支持生态系统方面发挥着不可思议的作用。”

“把这些大型鲸鱼想象成移动的磷虾加工厂，”萨沃卡补充说。“每条长须鲸或蓝鲸都有一架商业客机那么大。所以，在20世纪上半叶，在捕鲸之前，有另外100万家这种737大小的磷虾加工厂在南大洋周围活动，吃、拉、施肥。”

这些发现的许多曲折表明，提出简单问题的潜在影响。通过试图确定鲸鱼吃多少食物，这项工作对人们认为鲸鱼生存需要什么，以及鲸鱼和人类的活动如何影响海洋生态系统提出了质疑。

戈德伯根说:“如果你把大型鲸鱼移走，实际上生产力会下降，磷虾和鱼类也可能会减少，这种想法令人惊讶。”“这提醒我们，这些生态系统是复杂的，高度复杂的，我们需要做更多的工作来充分了解它们。”

Journal Reference:

1. Matthew S. Savoca, Max F. Czapanskiy, Shirel R. Kahane-Rapport, William T. Gough, James A. Fahlbusch, K. C. Bierlich, Paolo S. Segre, Jacopo Di Clemente, Gwenith S. Penry, David N. Wiley, John Calambokidis, Douglas P. Nowacek, David W. Johnston, Nicholas D. Pyenson, Ari S. Friedlaender, Elliott L. Hazen, Jeremy A. Goldbogen. Baleen whale prey consumption based on high-resolution foraging measurements. Nature, 2021; 599 (7883): 85 DOI: 10.1038/s41586-021-03991-5