《Science揭示海洋重量级生物的局限性:猎物限制了鲸鱼的巨大体型》

  • 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:2019-12-27
  • “蓝鲸和抹香鲸是有史以来最大的动物之一,甚至可以与最重的恐龙匹敌,在某些情况下甚至超过它们,但为什么它们不是更大呢?”生物学家一直想知道是什么限制了动物的体型。由于其大部分时间都生活在海洋表面以下,它们的行为很难被监控,从而大多想法都是推测性的。为了收集研究数据,一个由20多名科学家组成的团队对各种大小的鲸鱼、鼠海豚和海豚进行标记—从5英尺长的港口鼠海豚到巨大的蓝鲸。为了追踪这些动物的水下活动,研究小组使用了多传感器标签,通过吸盘贴到动物背上,这些设备上的加速计、压力传感器、照相机和水听器就会报告这些动物潜入水中进食时的动作。

    “能量是所有生命的关键货币,我们想知道在不同体型和不同进食策略的鲸鱼中,能量的增加和能量的消耗是怎样的,能量获取与能量消耗的比例揭示了鲸鱼的觅食效率,这为我们解释为什么鲸鱼的体型不能更大提供了线索。”

    蓝鲸、座头鲸—它们嘴里有成排的柔韧的毛发状的盘子—从海水中过滤磷虾和其他小猎物。数据显示,它们寻找密集的猎物时总是比进食时消耗更多的能量。对于滤食性鲸来说,大个头并不会妨碍觅食:蓝鲸、长须鲸和座头鲸是本研究中体型最大的鲸类,它们在进食过程中获得的能量回报比本研究中任何其他鲸类都要大。

    齿鲸则是利用回声定位来觅食,一次只能捕食一个猎物。它们还必须比其他鲸鱼潜得更深,才能找到最大且数量最多的猎物,比如深海乌贼和鱼类。在某些情况下,最大的齿鲸在潜水时没有吃足够的食物来补充它们到达那里所消耗的能量。在它们必须回到水面呼吸之前,它们吃不饱来获得更高的能量回报。

    抹香鲸,可达60英尺长,不仅比现如今的任何其他齿鲸都大,而且比它们所有的化石祖先都大。根据研究小组对不同体型的齿鲸计算出的相对能量效率,现如今的抹香鲸在挑战一个严重的生物学极限。如果抹香鲸的体型再大一些,它们将无法找到足够大的乌贼来维持体型——海洋中根本没有足够大的乌贼来维持更大的抹香鲸。

    相比之下,大型滤食性鲸并不像齿鲸那样受到猎物数量的限制。滤食性鲸以微小但数量非常丰富的磷虾为食,这些磷虾在世界特定地区的高种群密度地区短期内大量繁殖。因此,季节性的大量捕食最终限制了像长须鲸和蓝鲸这样的滤食性海洋巨兽的体型。

    (刘思青 编译)

  • 原文来源:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-12/s-tlo120519.php
相关报告
  • 《海洋捕食者体型和胃口越来越大,但其猎物体型却并未变化》

    • 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:mall
    • 发布时间:2017-07-16
    • 6月16日,《Science》上一项题为“Increase in predator-prey size ratios throughout the Phanerozoic history of marine ecosystems”的新研究表明,在过去的5亿年里,海洋无脊椎动物的体型大小有所增加,而其猎物的体型却没有变化。 这一研究结果支持了一个目前难以证实的假说—“升级假说”("escalation hypothesis" )。所谓的“升级假说”指,来自日益强大和新陈代谢相对活跃的捕食者的自上而下的压力驱动了其猎物在一定程度上的进化趋势,例如,增强它们的运动能力、穴居能力或防御性的武器。然而,重构捕食者和猎物之间古老而复杂的相互关系,探索“升级假说”存在的可能性是非常困难的。 Adiël A. Klompmaker和他的同事们通过分析各类的海洋生物的外壳以及“钻洞”大小,重建了显生宙时期—跨越过去5.4亿年间的海洋生物的捕食者-猎物相互关系。 首先,他们将数百个钻洞的大小与捕食者的大小进行了比较,确认钻洞的大小随着捕食者体型的增大而增大。然后,他们选取了钻洞大小、猎物大小以及近7000个物种样本中捕食者-猎物大小的比例,这些样本代表了超过360个物种分类单元。尽管在显生宙时期的大部分时间里,猎物外壳的平均值保持基本不变,但捕食者物种的钻洞直径却从0.35毫米增加到了3.25毫米,这表明食肉动物的体型大小相对于猎物有了显著的增大。 作者提出,捕食者与猎物的体型大小比例的增加是由海洋生态系统的能量结构的剧烈变化所驱动的,海洋食肉动物不得不捕食更多的猎物,来满足不断增大的体型和越来越好的胃口。随着捕食者体型不断增大的变化,猎物们也变得越来越灵活、越善长穴居,是一种捕食者驱动进化的一致效应。 (刘思青 编译) 原文链接:http://science.sciencemag.org/content/356/6343/1178
  • 《【Science】超快光学技术揭示液体双电层形成机制》

    • 来源专题:新能源汽车
    • 编译者:王晓丽
    • 发布时间:2025-04-27
    • ?研究机构?:马克斯·普朗克学会、马克斯·普朗克聚合物研究所(MPI-P)、维也纳大学 ?研究人员?:Mischa Bonn、Alessandro Greco等 ?研究内容与成果?: 研究团队开发了一种基于超快激光的光学技术,首次直接观测液体中双电层(EDL)的纳米级动态形成过程。双电层是界面(如电池电极、生物细胞膜)附近正负电荷分离的关键结构,其形成速度直接影响储能设备充放电效率。 实验中,团队通过向水中添加酸生成H?O?离子,利用强红外激光脉冲加热界面并扰动双电层,随后通过延迟激光脉冲探测反射光信号,量化离子重新平衡的动力学。结合分子动力学模拟发现,?即使在高浓度离子条件下,双电层形成仍由电场主导?,且与经典理论预测高度吻合。 ?创新与意义?: 突破传统电子测量技术的时间分辨率限制(亚皮秒级),首次揭示双电层形成的超快机制;验证现有理论模型在复杂体系(如生物膜、高浓度电解液)中的普适性;为优化储能设备(如超级电容器、锂离子电池)和生物能量转换系统提供新思路。该成果解决了长期困扰学界的高浓度离子体系双电层动力学争议,证明简单物理模型可描述复杂界面过程,为跨尺度界面研究开辟新途径。 原文链接:Alessandro Greco et al, Ultrafast aqueous electric double layer dynamics, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adu5781