那么,你想住在水里?水生哺乳动物为何如此庞大的故事

作者:William Gearty(斯坦福大学博士生)

蓝鲸(Balaenoptera musculus)在UC Santa Cruz Seymour Marine Discovery Center的骨骼。照片由William Gasty。

这是夏令时,你从热量和湿度出汗。当你突然感到凉爽时,你跳到游泳池里感到羞辱。水可能比空气更冷,但它肯定会喜欢它,它确实很好地让你免于热量。我们都熟悉这一点,但你知道它也可能解释为什么鲸鱼是如此之大?

大约4年前,我开始在斯坦福大学攻读博士学位。我感兴趣的是随着时间的推移环境的变化对生物多样性的影响。我首先决定解决从陆地到水的过渡如何影响体型的问题。哺乳动物是一群研究得很好的动物,它们已经独立地完成了多次这种转变。还有很多关于它们体型的数据,现代物种和化石记录,所以它们似乎是回答这个问题的好地方。最初的目标只是测试水生哺乳动物是否比我们预期的要大,但我真的很惊讶于我们发现的关于它们进化的驱动因素。

我们确实(毫不意外地)发现水生哺乳动物比预期的要大,但也注意到,尽管每一组水生哺乳动物都是从不同大小的陆地祖先进化而来的,但它们都进化到相同的大小,大约500公斤!更奇怪的是,我们发现水生哺乳动物的体型比陆地哺乳动物要小得多!这几乎与人们认为水生哺乳动物体型庞大的所有理由背道而驰。一旦你进入水中,你就可以想长多大就长多大,而不会受到重力和食物短缺的限制。相反,我们发现水生哺乳动物必须变大。

在研读了书籍之后,我震惊于我能够开发出一个简单的数学模型来解释我们在水生哺乳动物中看到的最小、最大和平均尺寸。模型中的最小约束表明,这些哺乳动物需要在体内产生更多的能量,相对而言,对水失去的能量更少,才能剩下任何能量用于繁殖和生长。水獭是这种趋势的一个例外:我们认为这是因为它们只在水中生活了一部分时间,或者是因为它们厚厚的皮毛更能有效地保存体温,尽管我们还无法验证这两种假说中的任何一种。

海獭(elcydra lutris)携带螃蟹刚刚离开圣胡安岛,wa。照片由William Gasty。

通过开发模型,我也发现了最大限度的尺寸。在某种程度上,水生哺乳动物不能吃足够的食物,无论有多少,都有多少尺寸。对于齿形哺乳动物,似乎这个最大值是关于精子鲸的尺寸。然而,Bealeen Whales已经弄清楚了一种比齿盒更有效地吃的方式,其中他们从大型巨大的水中过滤整个磷虾学校。此馈送策略似乎允许它们超过此最大限制并实现超级尺寸。

长话短说,如果你想成为哺乳动物并生活在水中的整个生命中,你需要越来越大,但你也需要小心,因为你不能太大。这是一个棘手的平衡,水生哺乳动物令人惊讶的掌握了三次!我会坚持我在游泳池偶尔逢低,非常感谢你!

威廉gear克雷格r.麦克莱恩乔纳森L.佩恩
M博士(1801篇帖子

Craig McClain是舒萨瓦大学海洋财团的执行董事。他为20年进行了深海研究,并在该地区发表了超过50篇论文。他参与了几十个海洋探险,将他带到了南极和太平洋和大西洋最偏远的地区。Craig’s research focuses on how energy drives the biology of marine invertebrates from individuals to ecosystems, specifically, seeking to uncover how organisms are adapted to different levels of carbon availability, i.e. food, and how this determines the kinds and number of species in different parts of the oceans. Additionally, Craig is obsessed with the size of things. Sometimes this translated into actually scientific research. Craig’s research has been featured on National Public Radio, Discovery Channel, Fox News, National Geographic and ABC News. In addition to his scientific research, Craig also advocates the need for scientists to connect with the public and is the founder and chief editor of the acclaimed Deep-Sea News (//www.adambalm.com/), a popular ocean-themed blog that has won numerous awards. His writing has been featured in Cosmos, Science Illustrated, American Scientist, Wired, Mental Floss, and the Open Lab: The Best Science Writing on the Web.