《Science:象海豹在深海表面下潜水时入睡》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2023-05-08
  • 科学家们首次记录了野生海洋哺乳动物的大脑活动,揭示了象海豹在海上的睡眠习惯。4月20日发表在《Science》杂志上的新发现表明,虽然象海豹在繁殖季节每天在沙滩上能睡10个小时,但当它们在海上进行长达数月的觅食旅行时,平均每天只睡2小时。在30分钟的深潜过程中,它们每次睡眠时间约为10分钟,经常在快睡着的时候螺旋式下降,有时甚至躺在海底一动不动。睡眠时间的这种灵活性在哺乳动物中是无与伦比的,可与哺乳动物的最少睡眠记录相媲美。通过更多地了解动物在海上的睡眠地点、时间和方式,我们可以改善对它们关键休息栖息地的管理和保护。
    研究者开发了一个新系统,可以记录象海豹在海上正常潜水行为中的大脑活动。用氯丁橡胶头帽固定脑电图传感器,用小型数据记录器记录信号,当动物们回到Año Nuevo海滩时,该系统可以被恢复。该研究使用了人类睡眠研究的传感器,并使用可拆卸的柔性粘合剂来固定头罩,这样水就不会进入并破坏信号。
    除了脑电图系统外,海豹还携带了时间深度记录器、加速度计和其他仪器,使研究人员能够跟踪海豹的运动和相应大脑活动。记录显示,潜水海豹进入了被称为慢波睡眠的深度睡眠阶段,同时保持着有控制的向下滑行,然后过渡到快速眼动睡眠,此时睡眠麻痹导致它们翻转过来,并向下漂移时“睡眠螺旋”。
    研究利用13只幼年雌性象海豹的大脑活动和潜水行为数据,包括总共104次睡眠潜水,研究者Kendall-Bar开发了一种高度精确的算法,仅根据潜水数据就能识别睡眠期。这使她能够利用334只成年海豹在觅食期间几个月的潜水数据,估计出它们的睡眠时间。由于Dan Costa在Año Nuevo与象海豹一起工作了25年,能够将结果推断到300多只动物身上,并对睡眠行为进行群体层面的观察。他们现在计划使用类似方法来研究其他种类海豹和海狮以及人类自由潜水者的大脑活动。(於维樱 编译)

  • 原文来源:https://scripps.ucsd.edu/news/elephant-seals-drift-sleep-while-diving-far-below-ocean-surface
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    • 编译者:lifs
    • 发布时间:2020-03-03
    • “大熊,大熊,你为什么伤心?”海豹拍着北极熊的肩膀问。 北极熊哭泣道:“全球变暖,海平面上升,要出事了……” 海豹若有所思:“你是担心冰川减少?阳光辐射?还是鱼类深游,饭不够吃?” 北极熊抹着眼泪说:“都不是,今天媳妇突然问我,冰川化了的话,我和你妈同时掉水里,你先救谁?” 要说上面是一个幽默的小故事,那么真实的气候变暖就是严峻冷酷的现实困境。也许现今世界范围的合法捕猎是直接威胁海豹生存的最大因素,但气候变化变暖就是即将导致海豹乃至整个海洋生物物种灭绝的不定时炸弹。 海豹为什么待在浮冰上? 提起海豹,大家一定会想起它滚圆的身材和趴在浮冰上的呆萌模样,但是海豹为什么那么喜欢待在浮冰上呢? 碎冰上的斑海豹(源/中华斑海豹保护地·盘锦田继光主任) 浮冰对于许多生活在两极附近的海洋哺乳动物来说都是至关重要的。浮冰不仅是海豹的庇护所,还可以供它们休息和在附近捕食。如果某个区域没有浮冰,海豹必须长途跋涉地到其他海岸寻找浮冰。这一过程将会是对海豹体能的极大挑战,同时也降低了它们在严酷环境下生存下来的可能。 浮冰对海豹来说是一个相对安全的地方,可以让它们远离捕食者,尤其是在海豹的繁殖季节。许多海豹都会在浮冰上分娩并养育自己的幼崽,小海豹长大一点后,也会独自待在浮冰上,而妈妈则会到附近去觅食。 美国国家冰雪数据中心指出:海冰的减少意味着环斑海豹栖息地的减少。冰层的破裂可能会导致海豹妈妈早产,新生幼崽的死亡率也会增加。如果当年的秋天和冬天都相当温暖,冰层就会变得软而薄,如果小海豹出生在这样的浮冰上,很可能没有充足的时间断奶,进而导致无法生存下去。 成年海豹也需要待在浮冰上,免受食肉动物的攻击,同时,也方便自己觅食。小型甲壳动物和鱼经常会在浮冰边缘穿梭,而这些都是竖琴海豹的食物来源。这些“糯米糍”待在浮冰上,可以很方便地进行捕食。不过,如果海冰的数量减少也就意味着食物的匮乏。 北极有6种海豹,南极有4种。其中,环斑海豹、髯海豹和威德尔海豹都特别依赖浮冰,它们一生几乎都生活在浮冰上和浮冰的周围。 正因为这种对浮冰的依赖,人们加大了对髯海豹的保护力度。尽管目前髯海豹的数量还相对较多,但随着全球气候变暖的加剧,浮冰的数量必定会骤减,保护这些依赖浮冰生存的海豹也迫在眉睫。 气候变化曾导致海豹大量灭绝 一项研究显示,在约8000年前的一次气候变化过程中,南极象海豹获得了一块新的栖息地,而约1000年前气候再次变化时,这一大型栖息地上的象海豹几乎完全灭绝。 英国达勒姆大学发布新闻公报说,由该校研究人员领头的一个国际科研小组利用基因技术,分析了在南极维多利亚沿岸发现的一些象海豹残余物。结果发现,样本中的DNA(脱氧核糖核酸)具有高度多样性,说明这一地区曾是一个相当大规模的象海豹栖息地。但现在这一地区并没有象海豹生存,最近的象海豹栖息地离这里足有2500公里。 进一步分析显示,这是因为约8000年前的一次气候变化使得南极冰盖缩小,形成了这块栖息地。由于环境良好、食物充足,象海豹很快迁徙到这里并形成一个大规模种群。但是,约1000年前,气候再次变化,冰盖“卷土重来”,除少数象海豹回到原有家园外,这一地区的大多数象海豹都随环境变化而灭绝。 北极海冰融化 海豹成美国“难民” 格陵兰海豹通常在每年春天来到加拿大东海岸以外的海冰上交配、繁衍后代,并在气温逐渐升高时向北迁徙。但是越来越多的海豹目前开始来到并滞留在美国的东海岸,向南可达到卡罗来纳州,这比他们应到的目的地向南延伸了很远。研究显示,随着北大西洋海冰面积的不断缩减,滞留在美国东海岸线上的海豹数目激增,大部分海豹不是死亡就是处于非常不好的健康状态。 这项研究目前发表在了学术刊物《PLOSONE》上面。该论文的作者之一,北德克萨斯大学生物学家Brianne Soulen称,海冰面积的减少应为海豹的滞留承担大部分责任。据统计数据表明,大部分滞留海豹为年幼海豹,其中主要为雄性,大概占到总数的62%。之所以雄性海豹更容易滞留,主要是由于他们更倾向于独自游比较远距离觅食。 白色格陵兰海豹一般在海冰上交配繁衍,雌海豹随后会哺育幼崽并呆在他们身边。随后,幼崽慢慢独立生存。研究人员推测,随着海冰面积与数目的不断减少,冰面会变得越来越拥挤,于是许多年幼的海豹在还没有学会如何在海中航行和捕食时就会被迫进入海中,这导致这些小海豹丧失方向感,而随着海中鱼群迁徙到南方,Soulen解释说。这种海冰面积缩减带来的威胁已经在阿拉斯加导致两种海豹:环斑海豹和鬣海豹进入了濒危动物名单。 气候变化致使波罗的海豹无冰可依 生活在波罗的海的斑纹海豹在冰穴之中养育它们的后代。但是现在能够找到的冰穴越来越少了,全球不断升温造成了这个问题,接下来就会使得以这种海豹为食的北极熊无食可觅。 斑纹海豹的栖息地从北极圈一直延伸到波罗的海。但是据世界自然基金会的最新报告,波罗的海的很多地方,尤其是在芬兰和瑞典之间的波的尼亚湾和拉脱维亚的里加海湾,还有芬兰的奥兰府群岛,几乎全部冰盖都已经融化了,这已经威胁到了新生海豹的生存。 世界自然基金会的波罗的海生物多样性专家凯瑟琳·明斯特说:“斑纹海豹一般在二月中旬产崽,在幼崽出生后的头七个或者八个礼拜里面,海豹都会呆在浮冰上的冰穴里喂养幼崽,使它们获得足够的脂肪以便在冰冷的海水中生存下去。” 但是她说:“在奥兰府群岛以及里加海湾周围缺乏冰冻,这意味着这个冬天出生的海豹没有栖身之所的保护,这样它们很难存活下来。”没有坚实的或者足够的冰原来维持起居,海豹幼崽只好在身体缺乏重要的脂肪层保护之下就在冰冷的海水中游泳,这样它们就会因为体温过低以及营养不良而夭亡。 在奥兰府群岛和里加海湾估计生活着1700只海豹,这意味着冰盖融化威胁着波罗的海几乎四分之一海豹种群的生存。近来已经有报告说,由于海面冰冻不足,今年北半球已经连续第二个冬天发生了斑纹海豹高死亡率。明斯特认为,波罗的海海域发生海豹的大批量死亡,这既是气候变化的结果,也宣示了该地区的气候变化状况。 周晋峰博士与Sara博士交流 中国绿发会秘书长周晋峰博士曾提到,“海豹的生存危机很大程度来源于人类,正是人类社会过度工业化和利己化,给生态系统和气候环境带来了巨大问题。气候变化不仅仅威胁海豹的生存,同样也将是其他物种难以逾越的难题。2018年联合国气候变化卡托维兹大会已明确强调了气候威胁的严重性,并呼吁全社会采取紧急行动,以达到1.5℃控制目标。在这种严峻气候变化的背景下,由于“合法狩猎许可”和“非法盗猎行为”,将使拯救斑海豹任务变得更加困难,但这不是无所作为的借口。”周晋峰博士说:“每个人都应为此努力,应该承担责任;有关部门也应集中配合起来,以防止斑海豹濒临灭绝,共同奉献最大程度的努力”。
  • 《海豹将海洋热量传输数据带到新的深度》

    • 来源专题:物理海洋学知识资源中心
    • 编译者:张灿影
    • 发布时间:2019-12-31
    • 海洋是地球上最大的太阳能收集器。它所能储存的热量是由其复杂的环流所调节的,这种环流跨越从米到数千公里的广泛空间尺度。南极绕极流绕南极洲环流,连接大西洋、太平洋和印度洋。它是我们气候系统中最重要的洋流之一,因为它促进了其所连接海洋之间的热量和其他性质的交换。但是,目前还不完全了解洋流是如何将热量,特别是从海洋顶层垂直地传递到底层,反之亦然。南极绕极流速度很快,并会产生很多涡旋,类似于直径在30~125英里(50~200公里)之间的大气风暴。它还跨越了13000英里(21000公里),穿过世界上一个特别偏僻和不适宜居住的地区,使它成为科学家们观察和测量的最困难的海流之一。但这可以通过一只带有传感器的海豹来完成。 这只海豹装备了一个专用传感器,在长达3个月的航行中游过3000英里(4800公里)的距离,其中大部分是在南极绕极流湍急、涡流丰富的水域活动。海豹队在此期间每天在550~1090码(500~1000米)的深度下潜80次。因此,它收集了一系列连续的数据,这些数据为我们提供了一个新的视角来分析,在这个波动区域,热量是如何在海洋各层之间传递的,也使我们更接近于了解海洋能够吸收多少来自太阳的热量。在这里,研究者们使用卫星和南极绕极洋流现场观测相结合的方法来诊断海洋垂直热传输过程。 海洋表面的卫星数据显示了涡旋在海流中的位置以及海豹游过的涡旋。在分析组合数据集时,科学家们特别注意到较小的海洋特征在垂直热传输中所起的作用。一般来说,这些中尺度涡旋推动了小尺度锋面的产生,类似于大气中冷暖锋面的密度突然变化。分析发现,这些锋面明显伸入海洋内部约500米位置,而不仅仅是许多研究结果表明的表层,它们在垂直热传输中发挥了积极作用。这些锋面就像导管一样,将大量热量从海洋内部带回海面。而大多数的模拟研究表明,在这种情况下,热量会从地表传递到海洋内部,但根据海豹提供的新观测数据发现情况并非如此。在经典的模式中,小于20 km的精细海洋尺度被认为是从地表到海洋内部的显著向下热传输的驱动力,从而增加了海洋的热吸收。在自然过程(如蒸发和降水)开始冷却之前,海洋表层只能吸收有限的热量。当深海锋面向地表输送热量时,这种热量会使表层升温,并更接近其热量阈值。所以本质上,在这种动力存在的区域,海洋是无法吸收太阳的热量。目前的气候模型和那些用来估算地球热量收支的模型并没有考虑到这些小尺度海洋锋的影响。与经典模式不同的是,这些亚尺度锋面驱动了从海洋内部到地表的异常向上热输运,其对垂直热输运的贡献大于其他贡献,其大小与海气通量相当。对这些小尺度锋面的不准确描述可能大大低估了从海洋内部传回到地表的热量,因此可能高估了海洋可以吸收的热量,这可能对我们的气候和海洋通过吸收大部分热量抵消全球变暖影响的作用具有重要意义。这种现象也可能出现在其他常见涡旋的海洋动荡地区,包括大西洋的湾流和北太平洋的黑潮延伸。 相关论文链接:https://www.nature.com/articles/s41561-019-0489-1 (郭亚茹 编译;於维樱 审校)