鲸鱼、海豚、海豹和其他海洋哺乳动物可以产生自身热量,并在环境条件波动的情况下维持稳定的体温。和人类一样,它们是恒温的内温动物——或者更通俗地说,“温血动物”。
但这些动物将体温调节发挥到了极致,能够忍受低至零下2摄氏度(28.4华氏度)的水温和高达零下40摄氏度(零下40华氏度)的气温。
它们是如何做到的?难道它们从不感到寒冷吗?Disputatore,ScientificAmerican.com的一位推特好友最近提出了这个问题,促使我们进行调查。我们采访了北卡罗来纳大学威尔明顿分校的海洋动物学家安·帕布斯特,她帮助我们了解了海洋哺乳动物如何在严寒中生存。
[以下是采访的编辑稿。]液态海水能有多冷?
极地海洋水域可以冷到大约零下2摄氏度。即使是温带或热带地区的海水,如果深入到地表以下,也可能降至零下1摄氏度[30.2华氏度]。
[您可能想知道为什么零下1或零下2摄氏度的水不是冰。因为海水含有盐分,所以它的冰点比淡水略低,淡水在0摄氏度(32华氏度)时结冰。这是因为盐中的钠和氯实际上会干扰水分子聚集并形成冰晶的能力。——编者注]
鲸鱼、海豚和其他海洋哺乳动物能在这些寒冷的水域中茁壮成长吗?
某些种类的鳍足类动物——包括海象、海豹和海狮——以及一些鲸鱼、海豚和鼠海豚在这些条件下茁壮成长。具体例子包括座头鲸、蓝鲸——地球上最大的动物——虎鲸、威德尔海豹和象海豹。
是否有任何证据表明它们能像人类一样“感觉”到寒冷?
它们的皮肤和任何哺乳动物的皮肤一样,都分布着温度感应神经细胞。* 它们当然有感知温度的能力,但这如何转化为它们的感受[例如,它们是否会感到不适]是一个很难回答的问题。但它们肯定会对温度刺激做出反应。
鲸鱼和其他海洋哺乳动物维持着与我们相似的体核温度——大约37摄氏度(99华氏度)。在如此极端的条件下,它们是如何做到的?
它们有两种主要的反应类型:行为反应和生理反应。一种典型的行为反应是迁徙。在冬季,怀孕的露脊鲸——它们是濒危物种,部分原因是它们被渔具缠住或被船只撞击——从加拿大和新英格兰附近海域迁徙到佐治亚州和佛罗里达州的沿海水域,在那里产下幼崽。
生理适应性有哪些?
一种最大限度减少热量散失的方法是具有相对较低的表面积与体积比:与产生热量的大体积身体组织相比,皮肤面积较小——热量通过皮肤与环境交换。大型动物往往具有较低的表面积与体积比,而大多数海洋哺乳动物都相当庞大。其中最小的:水獭,它们的大小与大型家猫大致相当。
海洋哺乳动物还具有极佳的隔热层,形式为皮毛或鲸脂。海獭拥有已知哺乳动物中最浓密的毛发:每平方厘米皮肤有13万根毛发[这大约相当于整个人头上的毛发数量!]。皮毛在干燥时隔热效率最高,因为它能捕获空气,而空气是良好的绝缘体。相比之下,水是一种非常有效的热导体;它将热量从身体带走的速度比空气快约25倍。水獭的毛发非常浓密,即使在游泳时也能在皮肤上方捕获一层空气。
大部分时间在水中度过的动物更依赖鲸脂,鲸脂是一种含有脂肪、胶原蛋白和弹性蛋白的组织层,它提供绝缘和能量储存等功能,类似于人类脂肪。鲸脂的量因动物而异。新生港海豚的鲸脂含量最高;约占其总体重的43%。
海洋哺乳动物会因暴露于极端温度而死亡吗?
营养不良或健康状况不佳的动物可能难以维持健康的鲸脂供应,无论是在数量还是质量方面——以脂肪含量衡量——因此可能会因暴露于极端温度而死亡。或者,如果它们发现自己离开了自然栖息地,它们可能会屈服于极端温度。但这不太可能发生在健康的野生动物身上。
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*注(09年5月14日):这句话在发表后进行了编辑,以更正拼写错误。