鯨魚為什麼這麼大？
鯨魚為什麼這麼大?
為什麼水生哺乳動物要大，但不能太大?
任何人如果親眼目睹了鯨魚或笨重的海象，就可以將海洋生物與哺乳動物的無限大小聯繫在一起，但新的研究表明，哺乳動物的生長實際上比陸地上更受限制。
斯坦福大學的研究人員的這一發現與先前的理論形成了鮮明的對比，這些理論認為，在水中，身體大小的壓力應該更放鬆，也許是因為大的環境和動物漂浮的能力，而不是為了支撐它們的身體重量。
相反，該研究小組發現，水生哺乳動物的大小在小的末端是有界的，因為它們需要保持熱量，而在很大程度上，它們很難獲得足夠的食物來生存。該研究小組於3月26日在《美國國家科學院院刊》上發表了他們的研究成果。
「許多人把進入水中看作是對哺乳動物的更自由的釋放，但我們看到的是，這實際上是更大的限制，」合著者喬納森·佩恩說，他是斯坦福大學地球、能源與環境科學學院(斯坦福地球)的地質科學教授。「水不允許你成為一種大型哺乳動物，而是你必須成為水中的一種大型哺乳動物——你沒有其他選擇。」
變大，但不要太大。
雖然生活在水裡的哺乳動物有著類似的長圓形的身體形狀，但它們並不是緊密相關的。相反，海豹和海獅與狗有著密切的關係，海牛與大象有著共同的祖先，而鯨魚和海豚則與河馬和其他有蹄哺乳動物有關。
為了更好地了解這些陸地哺乳動物在變成水生動物時的特徵，研究人員從現有的數據中收集了3,859個生物和2,999個化石哺乳動物的身體質量。分析包括大約70%的活種和25%的滅絕物種。他們通過與路易斯安那大學海洋協會的Craig McClain合作開發的一套模型分析了這些數據。
從這個分析中，該研究小組發現，一旦陸地動物進入水中，它們就會迅速進化成新的大小，大約在1000磅左右。體型較小的祖先，比如狗的親戚，其體型的大小要比像河馬這樣的大的祖先大得多，從而達到最優的體重。這表明，體型越大，越有利於水生生物，但只會達到一定的程度。該組織指出，水獺最近才開始吸水，但它們並沒有遵循這一趨勢，也許是因為許多水獺物種仍然生活在陸地上。
「關鍵是要有一棵進化樹來理解這些物種是如何相互聯繫的，以及在不同的進化分支事件之間發生的時間長短，」該研究的主要作者威爾·吉爾蒂(Will Gearty)說，他是斯坦福地球大學的一名研究生。「祖先關係之樹使我們能夠建立基於現代物種數據的模型，來預測祖先的身體大小，並觀察進化軌跡最適合我們今天所看到的東西。」
熱量和食物
該研究小組認為，體型較大有助於水生哺乳動物在低於體溫的水中保持熱量。佩恩說:「當你很小的時候，你很快就會把熱量丟回水中，沒有辦法吃到足夠的食物。」
它們還表明，新陳代謝的增加比動物收集食物的能力更大，這就限制了大型水生哺乳動物的生長。基本上，動物是需要能量運轉的機器。這項研究的合著者麥克萊恩說:「對能源的需求對動物能做什麼以及它們能有多大有很大的限制。」
佩恩說:「海洋中哺乳動物的生存能力範圍實際上比陸地上的生存空間要小。」「從統計學的角度來證明這一點，並提供一種理論，這是新事物。」
如果水獺是小型的例外，鬚鯨在較大的尺寸上證明了例外。這些鯨魚消耗的能量比它們牙齒上的同類要少得多，因為它們過濾了所有的食物，這使它們更有效率，並使它們比齒鯨長得更大。
Gearty說:「抹香鯨看起來是最大的，沒有新的適應能力。」「唯一能讓鯨魚變大的方法就是徹底改變你的進食方式。」
研究人員在2014年開始研究這項研究，他們目前正在評估類似的方法可以用來解釋其他動物群體的體型分布，特別是那些既有陸地又有水生物種的群體。
佩恩說:「希望有更簡單的解釋，可以適用於其他物種，包括陸生動物。」「它揭示了一些可能性，身體的大小可以用物理和化學的基本原理來解釋。」
佩恩也是斯坦福大學生物x的成員，也是斯坦福大學環境研究所的會員。
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