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北大西洋露脊鲸是目前世界上极危的哺乳类动物之一，虽然导致它们濒临绝种的捕鲸行为已被禁止，但因船只意外碰撞或被渔具纠缠，仍让它们面临威胁。北大西洋露脊鲸身长可达60英尺，重量可达70吨，是现存鲸鱼中第三大的。它们的寿命与人类相当，可活到上百岁。
正如本文中所言，尽管一些保护区的船速严格限制在10节/小时，而且有关当局还有新的规定，限制浮标与海底捕蟹、抓龙虾装置间的绳索数量，但保育人士担心这仍然不够。气候变迁也使问题加剧，随着北大西洋水域变暖，北大西洋露脊鲸的主食——一种富含油脂的甲壳类动物，在从佛罗里达延伸到加拿大的栖息地里，变得越来越稀少。
本文来自微信公众号：利维坦 （ID：liweitan2014），作者：Kate Wong，由译者Yord基于创作共享协议（BY-NC）发布，校对：药师，题图来自：视觉中国
到了该觅食的季节，座头鲸就会前往极地水域。它们的目标是大吃特吃——吃到胖、吃到顶。它们必须储备能量，一周就得吃出一吨脂肪。这些脂肪，就是它们从极地、次极地的觅食地到温暖繁殖海域之路上的“充电宝”。
这是一次长达数月、跨越数千英里的旅程，抵达繁殖地时必须做好万全准备。也许大自然偏爱矛盾，这些约18米长、40吨重的深海巨兽却要以最小的那些海洋生物为食，包括磷虾及像虾的甲壳类动物（这些动物存在于世界各地的海域中，但集中分布于高纬度的寒冷水域）。
座头鲸的进食方式已经为人所知。它们利用鲸须过滤海水，这种角蛋白板分布于上颌，像极了旧牙刷的刷毛。座头鲸每天需要吞下几千磅食物，为了获取这么多食物，它们必须找寻甲壳类动物聚集的地方。一旦找到一大群磷虾，它们就会聪明地采取合作捕食策略，将猎物围在中间，同时吹出气泡柱，形成“渔网”。然后，它们开始进食，张大嘴巴猛地扑向紧紧聚集在一起的猎物，利用充满褶皱的喉袋吞下数千加仑满是磷虾的海水，再用鲸须过滤。
© The Conversation
尽管科学家对这些魅力十足的海中巨兽做了不少研究，但无人知晓须鲸一开始如何能发现食物。它们的亲戚齿鲸（包含抹香鲸、白鲸、海豚等）利用超声波声呐系统探测猎物，但须鲸（包含座头鲸、蓝鲸、长须鲸和塞鲸等）并没有这种能力。但不知为何，它们仍能在广袤无垠的海洋中找到小之又小的猎物。
科学家对解开这一谜团跃跃欲试。部分原因是我们对这类巨兽的认知还很少，更要紧的是，须鲸如何找到食物这一问题有着重要的保育意义，对北大西洋露脊鲸这一物种来说更是如此。
北大西洋露脊鲸。© International Fund for Animal Welfare
北大西洋露脊鲸黑黑胖胖，以米粒大小的桡足类甲壳动物为食，已不幸成为最濒危的哺乳动物之一。20世纪初，商业捕鲸活动几乎使其悉数灭绝。1935年，国际联盟禁止捕猎所有的露脊鲸。不像其他因捕鲸而数量暴跌的物种，北大西洋露脊鲸的数量在禁捕之后并未恢复。该物种的摄食地包括新英格兰和加拿大滨海省份沿海区域，和人类活动范围重叠。与船只碰撞，被渔网缠身，加上气候变化影响了栖息地环境和食物，多种因素对其物种数量造成了严重打击。
最新的预测数据显示北大西洋露脊鲸的数量已不超过350头，其中只有70头是育龄期雌性。人们预测，该物种可能在未来数十年间灭绝。知晓须鲸如何觅食能帮助科学家预测它们将去哪里，因而可以在这些地区更好地管控那些会伤害须鲸的人类活动。
研究者正在调查南极洲的座头鲸以了解它们如何找到磷虾。© Kate Wong
科学家所做的研究并不只关乎一个物种。北大西洋露脊鲸和其他须鲸都是生态系统的工程师，它们在深海中进食，通过粪便将营养物质释放至浅水，促进微小浮游植物的生长。这些浮游植物反过来为磷虾、桡足类以及其他浮游动物提供养料，进而为更大的动物提供食物。
鲸鱼的组织还是固定大量二氧化碳的容器，大体型鲸鱼平均每头能固定约33吨，有助于抑制全球变暖。当鲸鱼死后，尸体落入海底，为深海中各种生物提供养分，包括睡鲨和嗜硫细菌等生物都是依赖所谓的“鲸落”获得食物和庇护。须鲸种群的健康是众多物种健康的基础。
© SIMoN
要想了解须鲸如何找到食物，最直接的方法是跟踪它——通过给其安装信标，记录水下活动和觅食行为。但这一方法不适用于北大西洋露脊鲸，它们对人类活动极为敏感，任何直接接触都会让情况变得更糟。幸运的是，北大西洋露脊鲸有不那么濒危的亲戚，比如座头鲸。观察后者取食的最好地点就是在海底摄食地。
2020年，在世界卫生组织宣布新冠疫情爆发的前两周，我登上了一艘前往南极洲的船，和研究组一起试图找到须鲸如何觅食的答案。我以邮轮运营商“极地纬度”的客人身份登船，观察船上7位科学家做的一项研究，同时举办关于鲸鱼演化的讲座。
通过搭乘旅游邮轮，由美国、瑞典和日本研究者组成的国际团队省去了前往南极大陆的高昂费用。为了交换三个共享的特等舱房、餐食和两艘耐用“黄道带”橡胶艇的使用权，这些科学家给乘客定期科普他们的最新研究成果，也被视为是为公民科学家准备的鲸鱼探险项目。
该团队正在验证一个关于须鲸的假说，这一假说最初源于对海鸟的研究。1950年前后，加利福尼亚大学戴维斯分校的加布里埃尔·内维特（Gabrielle Nevitt）发现，浮游植物被浮游动物吃掉时会释放二甲基硫（dimethyl sulfide，DMS），这种化学物质会吸引管鼻类海鸟（一类包含信天翁、海燕、 水剃鸟的食肉鸟），海鸟因而捕食浮游动物。这是一种互利共生关系：浮游植物通过DMS的气味引来海鸟，因此得到后者的保护。就算在食物链的底端，“敌人的敌人是朋友”这一准则仍旧适用。
团队的领导者之一是伍兹霍尔海洋研究所的物理学家丹尼尔·齐特巴特（Daniel Zitterbart），他利用远程感应方法研究鲸鱼和企鹅的行为、生态，还有一位是瑞典自然历史博物馆的鲸鱼行为专家凯莉·欧文（Kylie Owen），她很好奇鲸鱼是否也会被DMS吸引。如果是，那么从理论上来说，跟着更高浓度的DMS，鲸鱼就能找到磷虾和其他以浮游植物为食的动物群，这比随意游荡觅食的效率要高。
为了找到答案，齐特巴特与欧文联合了鲸鱼生物学家安妮特·邦博斯（Annette Bombosch，来自伍兹霍尔海洋研究所）、浮游动物研究者约瑟夫·瓦伦（Joseph Warren，来自石溪大学）、研发了测量DMS技术的户田敬（Kei Toda，来自日本熊本大学）及其研究生佐伯健太郎（Kentaro Saeki），以及海洋学家亚历山德罗·博肯切利（Alessandro Bocconcelli，来自伍兹霍尔海洋研究所）——他率先使用复杂的数字信标来研究鲸鱼。
该团队计划用特制设备来跟踪座头鲸，包括压力感应器、加速计、磁性指南针和记录水下行为的水听器，以及便于其追踪的信号发射器。他们获得了追踪许可，但仅可追踪5头鲸鱼，且必须在5天内完成，因此并没有试错空间。
2月28日，我们从南美洲最南端的城市——阿根廷乌斯怀亚的港口出发。这两天，我们都在穿越德雷克海峡，一路上有信天翁和海燕相伴。这一海峡宽620海里，横亘在南美洲和南极洲之间，是出了名的“暴风走廊”。3月1日，我们穿过了南极辐合带，进入南大洋（“南大洋”一词引起广泛争论，此处仅作为自然科学工作者等专业人士对南部太平洋、印度洋与大西洋的区域性描述，译者注）的平静冰冷海域。从进入德雷克海峡后，这还是我第一次从船的右舷看到岸——这是史密斯岛，南设得兰群岛的一部分。
远离令人晕船、恶心的德雷克海峡之后，我不再需要让人昏昏欲睡的药物，现在我能全心全意观察周围的绝美风景了。冰山、冰块、浮冰——各种各样的冰连接海与天，呈现出深浅不一的蓝。毛茸茸的巴布亚企鹅雏鸟追着筋疲力竭的父母要吃的，长着白金色皮毛的食蟹海豹懒洋洋地躺在浮冰上晒日光浴。我任由这超尘脱俗的美丽之境洗涤心灵。
© Antarctica/The Polar Travel Company
3月4日的黎明，我醒来时已在天堂湾。这是一个风景优美的港口，曾是捕鲸船停泊的地方。我坐在“黄道带”小艇之上，看着初生的太阳撕裂云层，将金色阳光铺满远处的冰川。
我们已经到了鲸鱼的国度，成群鲸鱼就像漂浮的原木，它们呼出高高的水柱，呼吸声和冰川的碎裂声、雪崩的轰隆声融为一体。
前一天，科学家们已经成功给第一头座头鲸安装了信标。当他们在早餐时宣布这一消息时，乘客欢呼不已。不幸的是，这头鲸鱼在观察时间内一直在睡觉。不过在晚些时候，他们成功给第二头安装了信标，这头是完美的观察对象，好几次都深潜至约260米深的海底。传感器数据显示这头鲸鱼正在进食——正是科学家希望看到的行为。
4日早晨，他们正在努力追踪第三头，希望它能像第二头一样表现活跃。齐特巴特是个充满活力的高个子，思考和说话的速度都相当快，他5点半起床后就登上邮轮的桥楼，观察周围是否有鲸鱼以及天气如何。看样子今天很有希望。周围有鲸鱼出没，水域平静，适合回收设备，这些设备会在鲸鱼身上待几个小时，之后会自动脱落并漂浮至海面上。
6点45分，研究小艇被放下，他们正准备给此前观察到的一头鲸鱼安装信标。一根长约6米的碳纤维杆悬在船尾，设备底部有4个吸盘，一旦离鲸鱼3米之内，他们就用杆子将信标拍向它。邦博斯和博肯切利将小船驶过一片波平如镜的开阔水域，慢慢向一群鲸鱼靠近。不过这一群看起来都很懒，他们不想在打瞌睡的鲸鱼上浪费时间了，于是欧文和邦博斯决定去找另一群更活跃的鲸鱼。
我坐在另一艘小艇上，此时出现了两头座头鲸。我只能看到它们小小的背鳍和光滑黑背的最上部。它们看上去没那么硕大，不过正如冰山一样，更大的部分都藏在水下。远远望去，只有座头鲸在海面上摆动巨大的鳍，在下潜之前扬起尾鳍，或劈开海水展示整个庞大躯体时，你才能感受到它们是怎样的巨物。
齐特巴特抓着那根笨重的杆子，一脚踏在船头，一脚踩在船里，紧绷绷地站着。安装信标是一个惊心动魄的过程。为了确保更好地接收发射器的信号，他必须尽可能地把信标放在鲸鱼背上，还不能太靠近呼吸孔附近的敏感皮肤。
随着小艇接近鲸鱼，齐特巴特举起杆子，在合适的时机将信标扔到它身上。鲸鱼受惊之后会下沉——这是常见反应。然后研究者迅速收起长杆，记录这头鲸鱼的GPS位置，准备监控。他们已经连续给三头鲸鱼成功安装了信标。
一旦这头鲸鱼重回海面，他们会在约百米之外进行跟踪，以防干扰到它正常的活动路径。他们会用肉眼观察几个小时，并利用甚高频接收器接收信号。等信标在提前设置好的时间自动脱落之后，他们还需要回收设备，毕竟这里面存储着动物行为数据，并且每个价值1万美元。
现在，团队只祈求观察对象能够配合。欧文解释道：“理想情况下，我们会追踪一头还没有进食的鲸鱼，它会四处游动寻找食物。”之后，猎物船上的同事会分析海水样本，看磷虾和DMS的密度是否会沿着鲸鱼游动的路线增加。如果跟踪的对象已经饱餐过，那么他们就无计可施了。
但座头鲸是难以预测的动物，它们自有一套行程。欧文表示：“要想让它们按照我们的想法行事，那可得等太阳从西边出来。”
到访南极洲，就是邂逅那些亘古以来塑造须鲸命运的强大力量。鲸鱼由四足陆生动物演化而来，当它们由陆入海时，经历了脊椎动物所能经历的最剧烈的改变之一。和任一物种一样，鲸鱼因环境的改变而发生演化。大约在5000万年前的始新世，温室效应十分明显，鲸鱼开始演化。
当时，南半球的超大陆——冈瓦纳大陆正在解体，古老的特提斯洋从太平洋一直延伸到地中海。在温暖的浅水区，早期的鲸鱼经历了第一次转变，变得更加适应海中生活。前肢变成鳍，鼻子成了呼吸孔，在水下时耳朵能听到声音。
在它们毛茸茸的四足祖先沿海岸行走的1000万年之后，鲸鱼已完全适应了水中生活，并再也无法上岸生活。
当地球成为“冰室”时，鲸鱼演化的第二阶段展开了。地球进入渐新世，地壳构造力量给予冈瓦纳大陆最后一击，大洋洲、南美洲和南极洲分离。当分离完成之时，南极环流绕南极洲流动，将其与温暖海域隔绝开来，并把深海中的养分带至表面，供大量浮游植物和浮游动物取食。事实上，这股新洋流是如此强大，以至于改变了全球的海洋循环、温度和丰饶程度。
在地质、气候和海洋产生巨变的严峻时期，现代须鲸的祖先出现了。3500万年前，它们在海洋中游弋。历经数百万年，它们的后代最终演化出了为人所熟知的鲸须和庞大体型。
从演化的时间尺度上来看，须鲸迫于环境和生态的剧变而产生了适应性变化，但这一悠久的演化历史并未让现代须鲸幸免于难，它们在短时期内遭遇了来自人类社会的巨大威胁。仅就20世纪而言，装备了鱼叉枪的工业捕鲸船和能够在海上处理鲸鱼的捕鲸船，帮助人们屠杀了200多万头须鲸，将许多种群推向绝境，并摧毁了生态。在捕鲸业消亡之后，一些物种正在恢复之中，但现在又面临新一轮生存威胁。海水温度变高和商业捕鱼业正在减少鲸鱼赖以生存的浮游动物。
2019年6月，一头因船只撞击而死亡的北大西洋露脊鲸。© CBC
前四天，我都在观察如何安装信标，之后我加入了猎物船，船上有齐特巴特、瓦伦、健太郎以及伍兹霍尔海洋研究所的朱利安·邦内尔（Julien Bonnel）。由于邮轮不得不绕路前往具备飞机跑道的弗雷站（智利科考站，位于南设得兰群岛乔治王岛），送一位受伤的乘客去最近的智利医院，因此研究者决定利用这一始料未及的逗留时间绘出该岛北部浅湾中磷虾和DMS的集聚情况。
我们穿着夹克、戴着帽子和手套以抵御早上的寒冷，但就在几周之前，南极洲达到了前所未有的18.3℃。南极半岛是地球上增温速度最快的地区之一。瓦伦表示，这导致大量冰融化，不利于磷虾生长。幼虾以冬季海冰为庇护所，并会以冰块下侧的藻类为食。
温度升高并非磷虾面对的唯一生存威胁。人们对小型甲壳类动物的需求在近20年间猛涨，大部分来源于保健行业和水产养殖业，前者宣传磷虾油富含对人体有益的Omega-3脂肪酸，后者则用磷虾喂养鱼类。磷虾渔业是否应进行可持续管理仍是个令人忧心的问题。
2020年，关于磷虾捕食者的一项调查显示，就算南极半岛周围的南极磷虾被限制了捕捞量（低于南大洋西南大西洋地区总储量的1%），该地区的企鹅数量仍在减少，或许是因为渔船作业地点刚好是企鹅的摄食地。随着磷虾和其他食物分布情况和量的变化，鲸鱼等捕食者不得不改变觅食路线。
当小艇离开邮轮之时，研究者开始调试设备。他们用回声测深仪发射声波，声波遇到磷虾等动物就会返回，瓦伦的电脑上随即生成关于（鲸鱼喷出的）气泡柱中生物的图像。声波频率越低，传感器就能“看得”越深，而更高频的声波则能探测到更小的目标。团队同时利用高低频两种声波来搜寻微小磷虾的聚集群，它们一般位于气泡柱上段200米处。瓦伦的实验室吉祥物——一个小小的“尖叫鸡”——“很多信号先生2号”正在旁观整个过程。瓦伦一边把回声测深仪放下去，一边开玩笑说：“太激动了！”
追踪磷虾不像追踪鲸鱼那般令人激动，不过近些年猎物船上运用的技术已经有了很大进步。当船沿着路线行驶时，健太郎每两分钟从船侧舀海水进行分析。两个手提包大小的塑料箱子里是测量水样中DMS的设备。起泡器将空气挤压进水中，得到气态的DMS；干燥器除去残留的水分；臭氧发生器从气态DMS中制得硫；光电倍增器测量硫释放的光信号——光量和DMS量成比例。
以前，这种分析只能在实验室做，现在，研究者优化了DMS测量设备，得以在小艇上进行分析。齐特巴特说：“能够在小艇上操作DMS设备是我们在这个季节的一大成就。”这使得他们能够当场分析水样。他解释道：“我们不知道样本中的DMS信号能持续多久，为谨慎起见，我们会在两分钟之内进行分析。”
监控回声测深仪的信号，舀海水，处理样本。重复。周围没有鲸鱼来打断这种乏味，只有湛蓝天空、刺骨海风和船外的嗡嗡声。当回声测深仪探测到磷虾（这种甲壳动物一般悬浮于海湾浅水区的海床之上）时，我们的调查天数已经过半，这项工作让肾上腺素毫无用武之地，不过这还是有科学意义的。
瓦伦说：“没有人调查过这些海湾，所以我们得到的任何数据都是有价值的。”他们最终探测到了两群磷虾，并带着数十份海水样本返回邮轮。这些数据将帮助研究者理解磷虾和DMS在南大洋的分布情况，为未来的测量工作奠定基础。
3月，南极洲短暂的夏季已接近尾声。白昼逐渐让位于夜晚，海冰即将向岸上侵蚀。很快，座头鲸将前往北方，去往南美洲和中美洲西海岸的温暖海域繁殖。也许这是它们此时不够配合的原因。尽管研究者成功追踪了五头鲸鱼，但只观察到两头有觅食行为，另外三头要么睡意盎然，要么在海湾悠闲地四处游荡。在齐特巴特看来，鲸鱼对觅食的兴致缺缺意味着他们需要调整下次的研究时间。“（座头鲸）到了3月后体型已经很大了，所以它们需要睡很多觉。早一点会更好，因为鲸鱼那时正在储备身体能量，会更活跃。”
分析海水样本的策略也需要调整。经过对研究者以及公民科学家项目中乘客带来的样本进行分析，样本中DMS的含量要低于预期。也许并不是因为水中的DMS含量不足，瓦伦认为还存在另一个可能：融化的淡水汇入海水，稀释了DMS的浓度。他说：“水的物理运动让情况变得更加复杂。”为了得到更准确的化学成分信息，研究者可能需要取样更深处的海水。
未来，齐特巴特想要脱离邮轮的观光日程，专注于搜集鲸鱼在一个海湾中的活动信息。他的计划是搭乘前往南极科考站的顺风船，并在那里停留，利用“黄道带”小艇连续在一个地方停留几天，绘制鲸鱼、磷虾和海水化学物质的分布图，看看它们如何变化，再搭乘回返的邮轮。
首先，他们需要找到一艘能带其重返南极的船。邮轮行业尚有许多积压订单，因为近几年有很多已付款的客人因为疫情未能成行。团队往年能够订上的船早已订完。齐特巴特谈到疫情对项目的影响时表示：“我们预计需要五年的数据，现在已经过去三年了。”他希望能够在2024年成行，同时，他还重点关注在北极的研究，这可能会帮助加速鲸鱼研究。
在过去三年，齐特巴特、欧文及同事在等待下一次前往南极的机会之时，一直在研究马萨诸塞州沿海水域中DMS、浮游动物和须鲸的联系。因为无法追踪北大西洋露脊鲸，于是他们在科德角湾寻找DMS热点地区和露脊鲸群的联系。这一调查旨在确认DMS是否可作为鲸鱼出现的预测因子。
该团队并未使用追踪设备，而是乘坐船和飞机进行观察。尽管南极洲的调查是为了确认须鲸寻找猎物的具体机制——不管是利用DMS的变化跟踪磷虾群还是其他方式，但他们在科德角湾的工作仅仅是为了确认鲸鱼是否更可能出现在DMS含量更高的海域。如果是，无论是通过探测DMS浓度还是其他和DMS有关的线索，从理论上来说，科学家都可以通过DMS值来预测鲸鱼出现的地点和时间。
目前，保护北大西洋露脊鲸的措施包括船只季节性限速以及视觉、声学监测。例如，1月1日至5月15日，在科德角湾这个重要的繁殖地，所有超过20米长的船只的速度必须低于10海里/时，以降低撞上鲸鱼而致其重伤的可能。如果在这一区域的任一时节都能看到鲸鱼或听到其声音，所有大小的船只都必须降速行驶。一款叫作“小心鲸鱼”的免费软件能在地图上近乎实时地告知季节性受管控区域和鲸鱼探测数据。
大卫·威利（David Wiley）是国家海洋大气管理局斯特尔瓦根银行国家海洋保护区的生态研究者，也是齐特巴特一起研究DMS的同事，他表示上述管理手段尚无法进行预测。拥挤航线上的大型船只通常无法及时转变航向以避免和低速游行的鲸鱼相撞。“如果有DMS这样的预测工具，我们可以提前规划而非临场反应。”
2021年，欧文、齐特巴特及合作者就科德角湾的研究共同发表了一篇论文[1]，该文显示DMS浓度和浮游植物的聚集程度成正比，所以如果须鲸确实能够追踪DMS，那么就能找到猎物。如今，研究者正在调查须鲸是否会在DMS热点区域聚集。初步调查结果显示北大西洋露脊鲸和塞鲸确实如此。
为了巩固这一研究，他们将在今年北大西洋露脊鲸到达科德角湾和马萨诸塞湾之前、到达时以及离去时，每隔两周测量一次鲸鱼游动线路中的DMS浓度。他们的目标是知晓DMS要集聚到什么程度才能让鲸鱼现身。参与这一研究的威利预计这项工作将需要两年时间，他表示：“我们需要找出这一阈值，这在生物学上和鲸鱼密切相关。”
蓝鲸和其他须鲸是生态系统工程师。其种群的健康影响着许多其他物种的健康。© Franco Banfi/Minden Pictures
研究者的梦想是能够通过卫星成像，监测DMS含量正在增加的区域，这些区域很可能就是北大西洋露脊鲸聚集的区域。野生生物管理者能够变更这一区域的航线或临时关闭渔场和风力发电场等以避免打扰鲸鱼，直到这一区域的DMS含量下降、鲸鱼离开。气象科学家一直以来都对DMS很感兴趣，因为它会促成云的形成。他们已发现这种化学物质能够从太空中进行探测。不过要想预测鲸鱼的行动路线，需要比现在更高精度的卫星数据。
对于北大西洋露脊鲸及所有与其唇齿相依的物种，我们的关注还远远不够。威利说，如果事情毫无进展，那么我们这一代人将见证露脊鲸的灭绝。他认为这一重要物种的困境是我们这一代应该解决的问题。也许通过研究南极洲饥肠辘辘的座头鲸，以及在这些好奇心满满的科学家的帮助下，北大西洋露脊鲸及其他濒临灭绝的须鲸将在未来的某一天重回深海统治者的地位。
参考文献：[1]www.nature.com/articles/s42003-021-01668-3
原文/www.scientificamerican.com/article/no-one-knows-how-the-biggest-animals-on-earth-baleen-whales-find-their-food/
本文来自微信公众号：利维坦 （ID：liweitan2014），作者：Kate Wong，由译者Yord基于创作共享协议（BY-NC）发布，校对：药师