0

13
1

文字

分享

0
13
1

來匆匆、去匆匆!虎鯨橫跨大海的「換膚旅行」

Lea Tang
・2020/05/14 ・1283字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

鯨的季節性遷移除了育兒外,可能還有「換膚」一途。

鯨類的季節性遷徒

鬚鯨及齒鯨季節性遷移的原因,向來是科學家們想要解開的謎團之一。牠們每年往返於極地水域的攝食場(feeding ground)及赤道地區的育幼場(breeding ground),距離極遠。以鬚鯨亞目底下的座頭鯨為例,來回的移動距離可達 18,840 公里。

座頭鯨的遷徒路線,粉色區域為育幼場,藍色區域為攝食場,橘色線條為移動路線。圖/offthemap.travel

過去,學者認為鯨類遷徒的主因是育幼——新生幼鯨的皮膚尚不能抵禦極區的嚴寒環境,牠們會在溫暖的熱帶海域生產,待小鯨魚發育完全,再返回食物量充足的極地。然而在極地虎鯨的長途遷移中,部分鯨魚並未出現生產或育幼的行為,往返時間更是僅花費了短短 42 天(通常為數個月)。

這顯然與學界長久以來「冷冷食有飽,熱熱較好生」(feed-in-the cold, breed-in-the-warmth) 的假說相悖。

對此,海洋生態學者羅伯特.皮特曼(Robert Pitman)提供了新的看法。

來去溫暖海水「去角質」?

研究團隊在南極水域的四種虎鯨身上放了 62 個衛星標籤、持續追蹤八個夏季後,注意到在這 9,400 公里的長距離遷徒(由南極到南大西洋西部)中,虎鯨的「膚質」有了頗大的變化。虎鯨在南極時身上通常覆有黃色的矽藻薄膜,而在其它地點的鯨身卻很乾淨。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
在南極時,虎鯨身上常覆有黃色矽藻薄膜。圖/sciencemag.org

人類去角質,鯨魚當然也要換膚。事實上,鯨魚和人類一樣會持續性地代謝表皮細胞,但寒冷的極圈環境不利於鯨類蛻皮。皮特曼認為,這可能和虎鯨為了在極冷環境下生存所發展出來的特殊機制——透過減少流向外層皮膚的血液量來維持體溫——有關。若虎鯨流向皮膚的血液變少,牠的體溫便會降低,造成皮膚細胞減少或停止增值、防止脫落。

無法正常生長與代謝的皮膚促成矽藻堆積,然後變得越來越厚。

蛻蛻皮,抗抗菌!

就像我們角質堆積會讓膚色黯沉,厚厚的微矽藻堆積在鯨魚皮膚表面,不僅會讓皮膚變黃,還會孳生有害細菌,對健康產生危害。於是乎,定期的「去角質」對鯨魚來說可就非常重要了。要想恢復原本光滑透亮的皮膚,虎鯨們只好動身前往溫暖的中低緯度海域,來場舒舒服服的換膚之旅。

在南極拍攝到的虎鯨寶寶,照片中的皮膚狀況可能與牠們在冰冷環境中無法正常蛻皮有關。圖/R. Pitman

2012 年曾有學者提出,為了在南極寒冷的海水中保存熱量,虎鯨會將血液從皮膚中轉移出來,降低皮膚細胞的再生率;而當回到溫暖水域,提升的新陳代謝就能促成蛻皮。

皮特曼的研究結果似乎和此不謀而合,但要進一步擴大解釋為「所有鯨魚的遷徙都是為了蛻皮」,又為時過早。目前只能證實蛻皮對鯨魚的重要性,而非蛻皮與遷徙的絕對關連——畢竟不同種類的鯨魚可都有著不同的生物習性呢。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考資料

文章難易度
Lea Tang
20 篇文章 ・ 8 位粉絲
徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

0

3
2

文字

分享

0
3
2
海洋盛宴——抹香鯨落
黑潮海洋文教基金會_96
・2023/11/05 ・3099字 ・閱讀時間約 6 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 文 胡潔曦|黑潮海洋文教基金會 鯨豚保育研究員
  • 本文轉載自黑潮海洋文化基金會《海洋盛宴——抹香鯨落》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持黑潮喔!
圖一、抹香鯨舉尾下潛

編按:本文主要內容與圖片摘錄、翻譯自文獻Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan,期望在頻繁目擊抹香鯨的 7 月,跟大家分享抹香鯨落的研究。

生存在深海中並非容易的事,由於深海裡缺乏陽光與有機物質,許多生物是藉著海水表層落入深海的有機物質維生。當鯨豚死亡後沉入海底,這段過程、遺體以及過程中所形成的生態系均可被稱為「鯨落」。鯨落可以說是生命的延續之源,而這些殞落至海底的鯨豚有如「金山銀山」,不僅能提供大量的有機物,同時也將許多硫化物帶入海底,造福許多海洋生命,因此也有一句話說:「鯨落,萬物生」。這篇文章透過閱讀國外文獻與整理,希望跟大家分享抹香鯨死亡之後的貢獻!

圖二、世界目前已知的鯨落位置,Implant=人工鯨落  Fossil=鯨落化石  Natural=自然鯨落(Li et al. 2022

故事的開始——集體擱淺在日本的抹香鯨

在 2002 年 1 月,日本的西南海岸發生了一起集體擱淺,共發現了 14 隻抹香鯨,而其中 12 隻抹香鯨被綁上水泥塊後,被當地政府沉入了 Nomamisaki 岬角周邊深度大約兩、三百公尺的海裡,形成了多座人工鯨落。當時有許多學者對於抹香鯨落感到好奇,究竟牠們會吸引來哪些生物?而抹香鯨龐大的遺體會需要花費多長時間分解呢?透過這項研究,或許能讓人們對大型齒鯨落的分解過程更加瞭解。

圖三、編號 12 之抹香鯨在 2003 年之手繪插圖(Fujiwara et al. 2007

事實上,在 2002 年以前,多數的鯨落研究出自於美國的加利福尼亞州外海,並以鬚鯨為主要研究對象,而這些鯨落的深度幾乎都落在一、兩千公尺深,比起這次抹香鯨落群的深度深了非常多。而這次大量出現在日本西南海域的多座人工鯨落有著種種獨特性,包含了:深度淺、是大型齒鯨的鯨落等等,也讓學者們充滿好奇心。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

究竟要如何長期觀察抹香鯨落呢?

閱讀至此,不知道讀者們是否有一項疑問?在兩三百公尺深的海裡,既缺乏可見光,同時也承受著數十倍的大氣壓,在這樣的條件下到底要如何觀察抹香鯨落呢?「ROV——水下探測載具」即是這個研究的一大助手,能夠幫助科學家們突破這些困難,不僅能在深海中蒐集珍貴的影像,也可以完成採集的工作。而在團隊耗費了 3 年運用水下載具追蹤其中的五隻抹香鯨後,他們也有了些有趣的收穫,透過圖四可以看到這段時間抹香鯨的外觀變化。

圖四、編號 12 之抹香鯨 a. 2003 年 7 月  b. 2004 年 7 月  c. 2005 年 7 月利用水下探測載具拍攝影像(Fujiwara et al. 2007

經過數年的追蹤後,研究團隊發現,抹香鯨落歷經分解的速度堪稱飛快!根據 2003 年的鯨落研究,學者將鯨豚分解的過程定義為下述四個階段(Smith and Baco 2003),而第一個階段到最後階段可能會歷時數年甚至到數十年,當鯨豚的遺體越大,可能耗時越長:

  1. 移動清道夫階段(Mobile-scavenger):生物會快速消耗掉鯨豚體表上的肉與脂肪。
  2. 機會主義者階段(Enrichment opportunist):生物開始進駐鯨豚裸露的骨頭及周邊富含營養的底層泥沙上。
  3. 化能自養階段(Sulphophilic):骨骼釋放硫化物,供養海洋中依靠硫化物維生的生物。
  4. 骨礁階段(Reef):在所有有機物質被消耗之後,即會進入骨礁的階段。

註解:上述中文名詞翻譯參考自國家地理頻道及國立海洋科技博物館 鯨落展區。

鯨落最快被消耗掉的部分是身上的肉跟脂肪,而這份文獻研究的 5 座抹香鯨落,肉跟脂肪在經過 1 年之後已幾乎被消耗殆盡;經過 1.5 年之後,抹香鯨落已進入化能自養階段,骨骼開始釋放硫化物質;有些大型鯨落從化能自養階段轉為骨礁期要歷經數十年,根據這項研究發現,部分抹香鯨落竟在 3 年後就能夠進入骨礁期,身上所有的有機質都被消耗殆盡,而這樣的進度相較於過去鬚鯨落的研究是非常快的!研究人員初步推測,可能是因為此處的平均水溫相較其他鯨落研究的海域高,生物分解的速度比較快。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

抹香鯨落上意想不到的生物多樣性

這次的研究共有發現超過百種生物聚集在抹香鯨落周邊,包含軟體動物門、多毛綱與甲殼綱的生物等,在 1.5 年後,貽貝是抹香鯨骨骼上最為豐富的生物類群(圖五)。而抹香鯨落整體的生物多樣性在到達 3.5 年時來到高峰,紀錄中共有八十多種生物出現。

圖五、位在抹香鯨脊椎骨的貽貝(Fujiwara et al. 2007

除了確認抹香鯨的腐化速度之外,研究人員也會在探測載具每次下海時採集底部的泥沙,經分析發現,抹香鯨身體下方泥沙中的硫化物濃度,隨著鯨落分解的時間越久,濃度也會逐漸提高,並吸引來大量仰賴硫化物生存的生物。為了進一步確認周遭環境的生物是否與抹香鯨身上的有差異,研究人員也將抹香鯨 10 米以內與外的生物做了比較,發現鯨落 10 米以外的物種與鯨落上的生物完全沒有重疊,也證明了鯨落的出現確實吸引來許多的生物。

鯨落,萬物生

鯨落的各個分解階段吸引了許多生物造訪,肉與脂肪等在幾個月內快速地被消耗掉,有機碎屑也能讓周邊海底的富含養分,而抹香鯨骨能釋放硫化物數年,部分大型鯨甚至可能長達數十年。「鯨落,萬物生」,在鯨豚生命的最後一章,牠們的身體緩緩沉入海底,成為了大量生物的食物來源。至 2022 年為止,目前世界已知鯨落共有約 160 座,也希望隨科技進步,人們能更深入認識鯨落為環境帶來的影響。

影片分享:美國於2019年在NOAA保護區發現的深海鯨落

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

參考資料

  1. Fujiwara, Y., Kawato, M., Yamamoto, T., Yamanaka, T., Sato-Okoshi, W., Noda, C., Tsuchida, S., Komai, T., Cubelio, S.S., Sasaki, T., Jacobsen, K., Kubokawa, K., Fujikura, K., Maruyama, T., Furushima, Y., Okoshi, K., Miyake, H., Miyazaki, M., Nogi, Y., Yatabe, A. and Okutani, T. (2007), Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan. Marine Ecology, 28: 219-232.
    https://doi.org/10.1111/j.1439-0485.2007.00150.x
  2. Li Q, Liu Y, Li G, Wang Z, Zheng Z, Sun Y, Lei N, Li Q and Zhang W (2022) Review of the Impact of Whale Fall on Biodiversity in Deep-Sea Ecosystems. Front. Ecol. Evol. 10:885572. doi: 10.3389/fevo.2022.885572
  3. https://oceanservice.noaa.gov/facts/whale-fall.html
  4. https://natgeomedia.com/environment/article/content-6001.html
  5. https://www.soest.hawaii.edu/oceanography/faculty/csmith/Files/Smith%20and%20Baco%202003.pdf
  6. http://hi.people.com.cn/BIG5/n2/2020/0409/c228872-33936490.html
黑潮海洋文教基金會_96
4 篇文章 ・ 1 位粉絲
  黑潮海洋文教基金會,1998年於花蓮成立,是臺灣第一個為「鯨豚與海洋」發聲的民間非營利組織。最初以鯨豚調查為開端,多年來深耕於海洋議題、環境教育與科學調查,如同一股陸地上的黑潮洋流溫暖而堅定,期許每個臺灣人的心中都有一片海洋。

0

1
0

文字

分享

0
1
0
鯨魚為什麼歌唱?它們的歌聲可以用來探測海底地形?——《五感之外的世界》
臉譜出版_96
・2023/09/20 ・2132字 ・閱讀時間約 4 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

一九九○年代,冷戰終於結束,蘇維埃政府在海中布下的潛水艇威脅也隨之消散,於是海軍提供克拉克與其他專家機會,讓他們透過 SOSUS 的水下麥克風觀測、記錄大海裡的各種聲音。透過聲音頻譜——也就是 SOSUS 系統將接收到的聲音轉換為視覺圖像——克拉克無庸置疑地看到了藍鯨正在歌唱的跡象。

光是第一天克拉克就發現,單一個 SOSUS 感測器所記錄下的藍鯨叫聲比過去所有科學文獻所記載的加起來還要多。大海中充斥著鯨魚的歌聲,而這些聲音則來自無比遙遠的彼方。克拉克估算,記錄下他聽見的那股歌聲的感測器,距離聲音的主人有兩千四百公里之遠。藉由位於百慕達的水下麥克風,他竟能夠聽見遠在愛爾蘭的鯨魚歌聲。

鯨魚的歌聲可以傳得很遠,整個大海中都充斥著鯨魚的歌聲。圖/Giphy

於是他說:「當時我心想:『羅傑的想法沒錯。』我們實際上真的可以探測到橫跨整個海洋盆地的鯨魚歌聲。」對於海軍的分析專家來說,這些聲音就是他們每天工作都會遇到的正常現象,而這些聲音與工作內容無關,所以根本不會被標記在聲音頻譜上,也因此就被忽略了。然而對克拉克來說,這卻是令他茅塞頓開的驚人發現。

穩定規律的「歌聲」其實是一種探測手段?

雖然藍鯨與長須鯨的歌聲能夠跨洋越海,卻沒人知道鯨魚是否真的會在如此遙遠的距離下互相溝通;畢竟牠們很有可能只是在用極大的音量對附近的同類示意,只是音波剛好傳到了很遠的地方去而已。不過克拉克又指出,鯨魚會一次又一次地不斷重複同樣的音頻,甚至也會精準維持音與音之間的間隔長度。鯨魚會在浮出水面呼吸時停止歌唱,回到水中繼續歌唱卻也會落在剛剛好的拍子上。他說:「所以牠們唱歌並不是隨興而至的舉動。」這種現象令他想起了火星探測車為了傳送資料回地球所發出的那種重複的連續訊號。假如人類想設計出能夠跨越海洋進行溝通的訊號,大概也會想出類似藍鯨歌聲的形式吧。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

鯨魚歌聲或許也有其他用途。牠們發出的每個音都能持續好幾秒,而其波長更是好比足球場的寬度。克拉克曾問過他在海軍的朋友,假如他有發出這種聲音的能力,可以拿來幹嘛?

「那我就能摸透整個海洋。」他的朋友如此回答道。這話的意思是,他能夠藉此刻畫出深海的地景,透過傳至遠方的次音波回音,他就能辨識出海底山稜與海床的位置。地球物理學家也肯定能運用長須鯨的歌聲來了解各處的地殼密度。那麼,鯨魚到底用這種聲音來做什麼呢?

鯨魚似乎可以透過歌聲的回音辨識出海底山稜與海床的位置。圖/pixabay

克拉克從鯨魚的動作中看出了答案;透過 SOSUS,他發現藍鯨出現在冰島與格陵蘭之間的極地水域中,一路蜂擁直奔——還是該說是鯨擁?——熱帶地區的百慕達,旅途中一路歌唱。他也看過鯨魚在深海的群山間左彎右拐,在幾百英里間的深海地景之中蜿蜒前進。「看到這些動物的移動方式,就會感覺牠們大腦裡似乎有著以音波構成的海洋地圖。」他如此說道。

他也猜測,鯨魚在長長的一輩子裡,會不斷累積大腦中的聲音記憶,隨之擴增儲存在大腦裡的海洋地圖。克拉克也還記得,曾有位資深海軍聲納專家告訴他,大海裡每個地方都有它專屬的聲音。克拉克告訴我:「他們說:『讓我戴上耳機,我不用看就能直接告訴你現在位於拉布拉多還是比斯開灣的海域。』而我就想,假如人類累積了三十年的經驗就能做到這個地步,何況是演化了一千萬年的動物呢?」

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

漫長的迴響~不同時間尺度下的認知

不過關於鯨魚聽力的尺度,還是有令人費解之處。鯨魚的叫聲確實可以傳遞到很遠的地方,但卻也很花時間;在海裡,音波一分鐘只能傳五十英里(約八十公里)遠,因此假設一隻鯨魚聽見另一隻鯨魚在一千五百英里(約二四一四公里)之外發出的叫聲,這隻鯨魚得在半小時以後才能聽見對方的歌聲,就像天文學家觀測到的星光其實是恆星在很久很久以前散發出的光芒一樣。假如某隻鯨魚想探測五百英里(約八百零四公里)之外那座山的位置,牠得等上十分鐘才能接收到自己叫聲的回音,這感覺起來似乎有點荒謬。

然而各位想想,藍鯨在水面上的心跳一分鐘約為三十下,潛入水下後卻會下降至一分鐘只跳三次。這麼一想,鯨魚生命中的時間尺度想來一定與人類相當不同吧。倘若斑胸草雀能夠在單一個音裡就聽見以毫秒為單位的美麗音頻,也許藍鯨分辨同樣潛藏在聲音中的祕密訊號的時間尺度則是分或秒。若要想像鯨魚的生活樣貌,「你得發揮想像力,以完全不同的次元思考。」克拉克對我說道。

他認為這兩種體驗的差異應該就像先用玩具望遠鏡注視夜空,再改用美國太空總署架設在太空的哈伯太空望遠鏡一覽星羅棋布的壯麗星辰。一想到鯨魚,他的世界彷彿就變大了,不管是空間還是時間的尺度,都更加遼闊。

——本文摘自《五感之外的世界》,2023 年 8 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
臉譜出版_96
84 篇文章 ・ 254 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

1
4

文字

分享

0
1
4
蓋房子高手?建築業的未來新星:科氏芽孢桿菌——《細菌群像》
麥田出版_96
・2023/03/12 ・1528字 ・閱讀時間約 3 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • Bacillus cohnii   
  • 科氏芽孢桿菌
  • 形狀:圓
  • 直徑:0.6 至 0.7 微米
  • 前進:使用布滿細胞表面的鞭毛
科氏芽孢桿菌。圖/《細菌群像》。

會產生石灰的細菌

細菌不僅可以用於生產食物或提煉金屬,還可以用來建造橋樑和房屋。

例如科氏芽孢桿菌,這是一種一點都不起眼,但會產生石灰的細菌。它喜歡鹼性的生活環境,像是酸鹼值可達八的馬糞裡。但它也生活在鹼性更強的環境,全世界都有其蹤跡,甚至在歐洲、非洲、南美、土耳其的鹼湖裡,它會利用溶在湖裡的碳酸鹽產生石灰。

此細菌最初是在一九九○年代初期,德國微生物及細胞培養保藏中心的細菌學家在尋找偏好鹼性環境的新菌種時所發現,當時的土壤樣本來自一個鹼性土壤的牧場,裡面還殘留著馬糞。

科氏芽孢桿菌除了能夠忍受酸鹼值超過十二的強鹼,相當於氣味刺鼻的氨水的酸鹼值,還能形成孢子渡過長時間的乾旱期。細菌孢子的特性是具有極強的抵抗力,可以存活數十年或數百年,在特定的條件下甚至超過數百萬年(球形離胺酸芽孢桿菌(→ 78頁)還有發芽的能力。

科氏芽孢桿菌的名字源自於德國細菌學家費迪南.尤利烏斯.科恩(Ferdinand Julius Cohn),細菌學的奠基者,也是一八七二年第一個鑑識出芽孢桿菌屬這種小桿形細菌的學者。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

研發能「自行修復」的混凝土

科氏芽孢桿菌能生活在鹼性環境中,能產生石灰,孢子經過長時間還具有發芽能力。結合這三種特性,令建築業對之產生興趣。一位荷蘭微生物學家專門研究會產生石灰的細菌,並嘗試研發出一種能自行修復的混凝土。

科學家試圖利用科氏芽孢桿菌研發出能自行修復的混凝土。圖/envatoelements

他的做法是將細菌孢子與銨鹽、磷酸鹽及養分混合在一起,封裝於黏土球裡,然後將這粒只有幾公厘大小的顆粒加入強鹼性的混凝土中。混凝土硬化後若一直保持緊密,便無事發生。但如果出現裂縫,開始長時間滲水,細菌孢子就會開始萌發。當細菌繁殖分裂,會消耗添加進去的物質,並不斷產生碳酸鈣填補裂縫。一道幾公釐寬的裂縫,只需數天時間即可修補完畢。

如此一來,科氏芽孢桿菌就可以解決混凝土結構出現裂縫的難題,否則定期必須進行的繁複維修,造成的損失可高達數十億歐元。除此之外,此細菌也能用在保護現存的建築物,在噴塗混凝土或修復液中皆已測試添加此細菌,用在已出現細微裂縫的建築構件上。

不過,此項產品至今尚未成熟,黏土顆粒仍然占據太多空間,進而影響混凝土的穩定性。還有載體材質、養分及混凝土之間的交互作用,以及孢子平均分布與釋放,與石灰形成的速度及過程等等,都還在改良中。如今,研究人員也測試其他能形成石灰的細菌是否適用。不過無論如何,科氏芽孢桿菌可說是混凝土生物修復劑的先鋒。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

科氏芽孢桿菌這類會產生石灰的細菌,現在也運用在其他目的上。一家德國公司利用它來黏走採礦產生的灰塵。方法是將細菌加入培養液裡,灑在布滿灰塵的泥土上,六至四十八小時內就會產生石灰,將灰塵顆粒黏在一起形成砂岩,即固化灰塵。從前為了抑制灰塵,礦業公司必須使用大量的水,如今,藉由細菌的幫忙,就可以省下這些水了。

——本文摘自《細菌群像:50種微小又頑強,帶領人類探索生命奧祕,推動科學前進的迷人生物》,2023 年 3 月,麥田出版,未經同意請勿轉載。

麥田出版_96
24 篇文章 ・ 15 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。