地球上最大的动物——须鲸——如何找到食物，无人知晓

当进食时间到时，座头鲸会前往地球的尽头。它们的任务是：尽情享用美食，直到它们变得又肥又壮。它们必须积蓄能量储备，每周增加近一吨的脂肪，以维持它们从极地和亚极地觅食地到温暖水域的繁殖地的航行。这段旅程可能需要数月时间，跋涉数千英里——而且它们必须在抵达时准备好繁殖。也许是因为大自然偏爱悖论，这些庞大的捕食者，体长可达 60 英尺，体重可达 40 吨，通过食用海洋中一些最小的猎物——包括磷虾，一种类似虾的甲壳类动物，生活在世界各大洋中，但集中在高纬度地区的寒冷水域中——来积累这些脂肪储备。

我们对座头鲸如何进食了解很多。它们通过角蛋白板过滤海水，称为鲸须，排列在上颌，类似于磨损的牙刷的磨损刷毛。它们每天吞噬数千磅微小的猎物。为了获得如此大量的食物，它们必须寻找甲壳类动物的密集聚集地。一旦它们找到虾群，它们可能会部署一种巧妙的合作狩猎策略，在水中绕圈游泳，同时吹出气泡柱，形成一种网来圈住磷虾。然后它们进食，张开大嘴猛扑向紧密聚集的猎物，在褶皱的喉囊中吞没数千加仑充满磷虾的水，然后通过它们的鲸须过滤掉猎物。

然而，尽管科学家们对这些魅力非凡的庞然大物了解了很多，但没有人知道须鲸（包括座头鲸、蓝鲸、长须鲸和塞鲸等）最初是如何找到食物的。它们的表亲齿鲸——抹香鲸、白鲸、海豚等——使用超声波声纳信号来探测猎物，但须鲸没有这种能力。不知何故，它们仍然设法在茫茫大海的无限单调中找到它们微小的猎物。

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这是一个科学家们渴望解决的谜团。部分原因在于，这是我们对备受瞩目的物种的基本知识中的一个巨大空白。更紧迫的是，须鲸如何寻找食物的问题具有重要的保护意义，特别是对于一种名为北大西洋露脊鲸的须鲸物种。

北大西洋露脊鲸是一种深色、矮胖的鲸目动物，以米粒大小的桡足类浮游动物为食，不幸的是，它是地球上最濒危的哺乳动物之一。商业捕鲸在 20 世纪初几乎使该物种灭绝。到 1935 年，国际联盟禁止捕猎所有露脊鲸。但与其他因捕鲸而数量锐减的物种不同，北大西洋露脊鲸一直未能恢复。这种动物在新英格兰海岸和加拿大海洋省份的觅食地与人类活动频繁的地区重叠。与船只的碰撞和渔具缠绕，以及气候变化引起的栖息地和猎物干扰，已经造成了可怕的损失。

最新的估计表明，北大西洋露脊鲸的剩余数量不到 350 头，其中只有 70 头是具有繁殖能力的雌性。根据一些预测，该物种可能会在未来几十年内灭绝。了解须鲸如何追踪它们的猎物可以帮助科学家预测鲸鱼会去哪里觅食——并更好地管理这些地区可能危害鲸鱼的人类活动。

这一切的重要性不仅仅在于单一的鲸鱼物种。北大西洋露脊鲸和其他须鲸是生态系统工程师，它们在深水中觅食，然后通过粪便在靠近水面的地方释放养分，从而支持称为浮游植物的微观植物状生物的生长。反过来，浮游植物滋养着磷虾、桡足类浮游动物和其他被称为浮游动物的微小漂流生物，这些生物又被更大的动物吃掉。鲸鱼的组织也捕获了大量的二氧化碳，否则这些二氧化碳可能会导致全球变暖——据估计，平均每只大型鲸鱼捕获 33 吨二氧化碳。当鲸鱼死亡时，它们的尸体沉入海底，在那里它们维持着整个深海生物群落——从睡鲨到嗜硫细菌——这些生物特别适应利用这些所谓的鲸落作为食物和住所。须鲸种群的健康支持着许多其他物种的健康。

了解须鲸如何找到食物的最直接方法是用一种可以记录其水下行为的设备标记它，并观察动物觅食。这对北大西洋露脊鲸来说是不可能的，因为它们因人类活动而承受着巨大的压力，任何直接的人类接触都可能使情况变得更糟。幸运的是，露脊鲸有表亲，例如座头鲸，它们面临的危险要小得多。而观察它们进食的最佳地点之一是在世界尽头的觅食地。

2020 年，在世界卫生组织宣布 COVID-19 疫情为大流行病的两周前，我登上了一艘前往南极洲的船，跟随一个研究小组了解须鲸如何找到食物的努力。我作为邮轮运营商 Polar Latitudes 的客人前往，观察他们在其旅游船上接待的七位科学家进行的一项研究，并就鲸鱼进化发表演讲。

通过加入旅游探险队，这个由美国、瑞典和日本的国际研究团队节省了前往白色大陆的巨额成本。为了换取三个合住的特等舱、膳食以及使用两艘坚固的充气橡皮艇 Zodiacs，科学家们定期向其他乘客更新他们的研究，这项研究被宣传为以鲸鱼为中心的公民科学家探险活动。

该团队正在测试一个关于须鲸觅食的假设，该假设源于对海鸟的研究。从 20 世纪 90 年代中期开始，加州大学戴维斯分校的加布里埃尔·内维特 (Gabrielle Nevitt) 表明，当浮游植物被浮游动物吃掉时释放的化学物质二甲基硫醚 (DMS) 会吸引管鼻海鸟——一群肉食性鸟类，包括信天翁、海燕和鹱鸟——然后这些海鸟会吃掉食草性浮游动物。这是一种互惠互利的安排：通过用 DMS 的气味引诱海鸟，浮游植物获得了免受浮游动物侵害的保护。即使在食物链的底层，你敌人的敌人也是你的朋友。

邮轮团队负责人、伍兹霍尔海洋研究所的丹尼尔·齐特巴特 (Daniel Zitterbart) 是一位物理学家，他使用遥感方法研究鲸鱼和企鹅的行为和生态，以及瑞典自然历史博物馆的鲸鱼行为专家凯莉·欧文 (Kylie Owen) 想知道鲸鱼是否也可能被 DMS 吸引。如果是这样，那么理论上，沿着化学物质向更高浓度方向追踪应该比随机觅食更能引导鲸鱼找到更密集的磷虾和其他浮游植物食用者。为了找出答案，齐特巴特和欧文与伍兹霍尔的鲸鱼生物学家安妮特·博姆博施 (Annette Bombosch)；石溪大学的浮游动物研究员约瑟夫·沃伦 (Joseph Warren)；日本熊本大学的户田庆 (Kei Toda)，他开发了测量 DMS 的技术，以及他当时的研究生佐伯健太郎 (Kentaro Saeki)；以及伍兹霍尔的海洋学家亚历山德罗·博孔切利 (Alessandro Bocconcelli) 合作，他帮助率先使用复杂的数字标签来研究鲸鱼。

该团队计划用定制的仪器标记座头鲸，这些仪器包含压力传感器、加速度计、磁罗盘和水听器，用于记录它们的水下行为，以及用于实现追踪的无线电发射器。他们的许可允许他们总共标记五只鲸鱼，而且他们必须在短短五天内完成——12 天的航程的其余时间将用于运输。他们几乎没有犯错的余地。

我们于 2 月 28 日从南美洲最南端的城市阿根廷乌斯怀亚港口出发，并在接下来的两天闰年里穿越德雷克海峡，这是南美洲和南极洲之间臭名昭著的 620 英里宽的湍流水道，由信天翁和海燕护送。3 月 1 日，我们越过一个被称为南极辐合带的边界区域，进入南大洋平静、寒冷的水域。自从进入德雷克海峡以来，我们第一次瞥见船只右舷陆地——史密斯岛，英国南极领地南设得兰群岛的一部分。

随着德雷克海峡令人胃部翻腾的波涛远离我们，以及晕船药的催眠作用逐渐消退，我现在可以充分感受到我所处的非凡环境。冰山、小冰山和浮冰——这里冰的多种形式中的一些——与海洋和天空融为一体，展现出各种色调的蓝色。毛茸茸的巴布亚企鹅幼崽追逐着筋疲力尽的父母，要求食物。铂金色威德尔海豹懒洋洋地躺在漂浮的冰沙发上，沐浴在阳光下。我让这个地方的超凡脱俗的美丽洗涤我的身心。

3 月 4 日早上，我在天堂湾的黎明中醒来，这是一个风景优美的海港，曾经是捕鲸船停泊的地方。从我在 Zodiac 充气艇浮筒上的座位上，我看着冉冉升起的太阳穿过云层的缝隙，将远处的一座冰川沐浴在金色的光芒中。

我们现在身处鲸鱼的国度，遇到成群的哺乳动物，它们像原木一样漂浮在水面上，呼出高高的湿气柱。鲸鱼呼吸时发出的湿润嗖嗖声与冰川崩解的雷鸣声和雪崩的隆隆声交织在一起。

前一天，科学家们成功标记了他们的第一只座头鲸。当科学家们在早餐时宣布最新消息时，乘客们欢呼雀跃。不幸的是，这只鲸鱼在整个观察期间都在睡觉。但当天晚些时候，他们标记了第二只鲸鱼，这只鲸鱼是一个模范对象，进行了几次高达 850 英尺的潜水。来自传感器的数据表明，这只鲸鱼正在弓步进食——这正是他们想看到的。

今天早上，该团队试图标记第三只个体——并希望它的行为像第二只一样。齐特巴特是一位身材高大、充满活力的人，他思考和说话的速度非常快，他在 5:30 起床，前往船上的驾驶室，了解周围是否有鲸鱼以及天气如何。天气看起来很有希望。在该地区发现了鲸鱼，而且水面平静——更有利于回收标签，这些标签被编程为在鲸鱼身上停留几个小时，然后脱落并漂浮到水面。

到 6:45，研究船被放入水中，科学家们正准备标记一只在附近被发现的鲸鱼。一根 20 英尺长的碳纤维杆延伸到标记船的船头和船尾之外。他们使用这根杆子将标签拍打到毫无戒心的座头鲸身上，一旦它们靠近动物 10 英尺以内。标签的底部有四个吸盘。博姆博施和博孔切利驾驶着船只穿过一片光滑的开阔水域，驶向一群鲸鱼，并在接近时减速。不过，这群鲸鱼看起来很懒散。他们不想再标记一只昏昏欲睡的鲸鱼，所以欧文和博姆博施决定以另一群看起来更活跃的鲸鱼为目标。

从我在另一艘 Zodiac 充气艇上的有利位置来看，两只座头鲸进入了视野。只能看到它们的小背鳍和光滑黑色背部的最上部。它们看起来并没有那么大。但像冰山一样，它们的大部分质量都在水线以下。从远处，你只有在座头鲸在空中挥舞它们巨大的鳍状肢，在深潜前抬起它们的尾鳍，或者将它们的整个身体推进到水面之外，进行一次壮观的跃身击浪时，才能感受到座头鲸有多么巨大。

齐特巴特紧紧抓住笨重的标记杆，身体紧绷，一只脚踩在船头的箱子上，另一只脚踩在船上。安装标签是一项令人担忧的操作。为了确保来自发射器的强大信号，他必须将标签尽可能高地放置在动物的背部，但又不能太靠近吹气孔周围的敏感皮肤。当标记船靠近鲸鱼时，齐特巴特举起杆子，然后在恰当的时机，用足够的力气将其向下投掷，将标签牢固地贴在一只动物身上。鲸鱼吓了一跳，然后沉入水底——这是一种典型的反应——研究人员迅速行动，收起杆子，标记被标记鲸鱼的 GPS 位置，并准备监测这只动物。他们现在标记标签的成功率是三比三。

一旦被标记的鲸鱼重新浮出水面，他们将在接下来的几个小时内通过肉眼和借助调谐到标签发射器的 VHF 接收器来追踪它，与动物保持 300 英尺以上的距离，以免干扰它的日常活动。他们需要回收这些标签——这些标签存储着行为数据，每个价值 10,000 美元——当它们在部署后的预定时间自动从鲸鱼身上脱落时。现在团队只需要希望他们选择了一个合作的对象。“理想情况下，我们会标记一只活跃但尚未进食的鲸鱼，它会游走去进食，”欧文解释说。在那之后，猎物船上的研究人员将对水进行采样，以查看磷虾和 DMS 的浓度是否沿着鲸鱼的路径增加。如果他们在鲸鱼已经在进食时标记了它，他们将无迹可寻。但座头鲸是野生动物，它们有自己的计划。“星星真的需要连成一线，事情才能按照我们希望的方式发展，”欧文说。

参观南极洲就是接触塑造了须鲸数百万年命运的力量。鲸鱼是陆地四足动物的后裔，当它们过渡到水生生活时，经历了所有脊椎动物群体中最引人注目的转变之一。与所有生物一样，鲸鱼在环境变化的影响下进化。它们起源于大约 5000 万年前的始新世温室条件。那时，南部超级大陆冈瓦纳大陆正在解体，古老的特提斯海从太平洋延伸到地中海。在温暖、浅水的特提斯海中，早期鲸鱼经历了它们转型的第一阶段：变得适于航海。前肢变成了鳍状肢，鼻子变成了喷水孔，耳朵经过改造可以在水下听到声音。在它们毛茸茸的四足祖先沿着水边行走大约 1000 万年后，鲸鱼已经非常适应水生生活，以至于它们再也无法冒险上岸。

鲸鱼进化的第二阶段发生在地球转变为所谓的冰室世界时。随着始新世让位于渐新世，构造力对冈瓦纳大陆造成了最后的打击，分裂了澳大利亚、南美洲和南极洲。当这些陆地的分离完成后，南极环流环绕南极洲，将其与温暖的水域隔离开来，并将来自深处的营养物质拉上来，这些营养物质支持了丰富的浮游植物和浮游动物。事实上，这种新洋流非常巨大和强大，以至于它改变了全球的海洋环流、温度和生产力。从构造、气候和海洋变化的熔炉中，现代须鲸的先驱出现了。早在 3500 万年前，这个谱系的早期代表就在海洋中巡逻。经过数百万年的发展，它们的后代最终将获得鲸须和巨大的体型，这是鲸鱼家族这个分支的标志。

尽管须鲸在进化时间尺度上受到剧烈的环境和生态变化的影响，但漫长的历史并没有使它们的现代后代免受短时间尺度上深刻变化的危险。仅在 20 世纪，武装有爆炸性鱼叉和可以在近海加工尸体的工厂船的工业捕鲸者屠杀了超过 200 万头须鲸，将许多种群推向近乎灭绝的边缘，并破坏了它们的生态系统。自该行业衰落以来，一些物种一直在恢复——但现在又面临着新一轮的生存威胁。海洋变暖和商业捕捞正在改变鲸鱼赖以生存的浮游动物的可用性。

在观察标记行动四天后，我加入了沃伦、齐特巴特、佐伯和伍兹霍尔的朱利安·博内尔 (Julien Bonnel) 的猎物船。邮轮不得不绕道前往弗雷站，这是一个位于南设得兰群岛乔治王岛上的智利基地，那里有一个简易机场，可以将一名受伤的乘客疏散到最近的智利医院。研究人员决定利用这次意外的停留，绘制该岛北侧一个浅海湾的磷虾和 DMS 浓度图。

我们穿着外套、帽子和手套抵御早晨的寒冷，但就在几周前，南极洲记录了 64.94 华氏度的历史最高温度。我们一直在探索的南极半岛是地球上变暖速度最快的地区之一。因此，它正在失去大量的冰，这对磷虾不利，沃伦说。幼年磷虾依靠冬季海冰来避难，并且被认为以生长在冰层底部的藻类为食。

气温升高并不是磷虾压力的唯一来源。过去二十年来，对这种小型甲壳类动物的需求激增，主要来自营养补充剂行业，该行业将磷虾油宣传为人类omega-3脂肪酸的丰富来源，以及水产养殖业，该行业在养殖鱼类的饲料中使用磷虾。磷虾渔业是否得到可持续管理是一个有争议的问题。但 2020 年对磷虾捕食者的研究发现，即使在南极半岛周围水域对南极磷虾采取保守的捕捞限额——不到西南大西洋地区磷虾储量的 1%——该地区的企鹅数量也在下降，这可能是因为渔船正在将其努力集中在企鹅也喜欢的地区。随着磷虾和其他猎物物种的分布和生物量的变化，包括鲸鱼在内的捕食者必须相应地调整它们的觅食程序。

当 Zodiac 充气艇从邮轮上驶离时，研究人员架设了他们的设备。他们使用回声测深仪将声波向下发送到水中，声波会在磷虾和它们遇到的任何其他动物上反弹，从而在沃伦的笔记本电脑上生成一幅漂浮在水柱中的生物的图像。ping 的频率越低，换能器可以“看到”的深度就越深。相比之下，较高频率的 ping 可以看到较小的目标。该团队使用两种频率，一种低频和一种高频，来搜索微小磷虾的聚集地，磷虾通常出没在水柱的顶部 650 英尺处。沃伦的实验室吉祥物，一只名为 Sir Pings-a-Lot II 的小型吱吱作响的玩具猪，正在监督整个过程。“这将是最激动人心的时刻，”沃伦开玩笑说，他把回声测深仪扔到船外。

追踪磷虾不如追踪它们的捕食者那么令人兴奋，但在最近几年，猎物船上发生的科学研究取得了最大的进展。当船只沿着它的断面线行驶时，佐伯每两分钟伸手从水面舀取海水进行分析。两个手提包大小的塑料箱子和一个随身携带的行李箱装有用于测量水样品中任何 DMS 的设备。一个鼓泡器将空气推入样品中，使 DMS 进入气相；一个干燥器去除任何残留的水分；一个臭氧发生器从 DMS 气体中产生元素硫；一个光电倍增管测量硫发出的光——光的量与存在的 DMS 量成正比。以前，这种分析是在实验室中进行的；伍兹霍尔的研究人员能够将户田的 DMS 测量装置小型化，使其可以安装在一艘小船上。“我们可以在 Zodiac 充气艇中运行 DMS 嗅探器是本季最大的成就，”齐特巴特说。除其他外，它允许他们当场分析水样品。“我们不知道水样品中的 DMS 信号的有效期有多长，”他解释说。“为了谨慎起见，我们在两分钟内处理它。”

监测回声测深仪数据，舀取水样，处理样品。重复。这里没有鲸鱼来分散注意力，只有令人心醉的蓝色天空、凛冽的寒风和舷外机的嗡嗡声。我们已经完成了调查的一半以上，回声测深仪才探测到任何磷虾——一块悬浮在浅海湾海底上方的甲壳类动物。这项工作虽然缺乏刺激性，但却具有潜在的科学影响力。“没有人对这些海湾进行过太多调查，所以我们能获得的任何数据都是有价值的，”沃伦说。他们返回船上，探测到两块磷虾群，并分析了数十个水样——这些数据将帮助研究人员了解磷虾和 DMS 在南大洋中的分布情况，并建立衡量未来变化的基线。

到三月，短暂的南半球夏季已经接近尾声。白天正在让位于黑夜，海冰开始推进。很快，座头鲸将向北迁徙，到南美洲和中美洲西海岸附近的温暖水域繁殖。也许这就是它们不合作的原因。尽管研究人员成功标记了他们获得许可的五只鲸鱼，但只有两只鲸鱼在被监测期间继续进食。其他三只则在海湾周围打盹或闲逛放松。在齐特巴特看来，鲸鱼对觅食缺乏兴趣意味着下次团队需要调整他们的研究时间。“到三月，[座头鲸] 已经非常大了，以至于它们睡得太多了，”他说。“本季早些时候更好，因为鲸鱼仍在建立它们的身体储备，而且更活跃。”

水化学策略也可能需要调整。对研究人员获得的样品以及乘客通过船只的公民科学计划收集的其他样品的初步分析表明，来自 DMS 的信号低于预期。也许水中 DMS 的含量不多。但沃伦推测的另一种可能性是，海水顶部的一层融化的淡水稀释了信号。“水的物理性质使事情变得复杂，”他说。为了更清楚地了解化学成分，研究人员可能需要对更深的水进行采样。

展望未来，齐特巴特希望摆脱邮轮观光时间表，专注于构建对单个海湾活动的详细描述。计划是搭乘邮轮前往南极洲的研究基地之一，只带着 Zodiac 充气艇在那里停留。他们将连续多天在同一个地方绘制鲸鱼、磷虾和水化学成分图，看看它们如何变化，然后在母船返回时赶上它。

但首先，他们需要找到一艘可以带他们回到世界尽头的船。邮轮行业积压了过去几年因疫情而无法按计划航行的付费客户。团队通常可以搭乘的旅行已经预订满了。“我们预计需要五年的数据，现在已经过去了三年，”齐特巴特谈到疫情对该项目的影响时说。他希望他们能在 2024 年获得通行证。与此同时，他已将注意力转向地球另一边的研究，这可能会加速对最需要帮助的鲸鱼的帮助。

在过去的三年里，在等待下一次南极洲机会的同时，齐特巴特、欧文和他们的同事一直在研究马萨诸塞州附近水域中 DMS、浮游动物和须鲸之间的关系。由于他们无法标记北大西洋露脊鲸，他们正在寻找科德角湾 DMS 热点和露脊鲸聚集地之间的相关性。目的是看看这种化学物质是否可以用作预测鲸鱼将出现在哪里的代理。该团队通过船只和飞机对鲸鱼进行调查，无需标签。南极洲的研究旨在确定须鲸找到猎物的确切机制——无论是通过追踪 DMS 梯度到磷虾群还是通过其他方式——科德角的工作仅旨在确定这些鲸鱼是否倾向于出现在 DMS 浓度较高的海洋区域。如果是这样，那么无论鲸鱼是否真的在探测 DMS 或遵循碰巧与 DMS 相关的其他线索，科学家们理论上都可以使用 DMS 值来预测鲸鱼将在何时何地出现。

目前保护北大西洋露脊鲸的努力包括对船只的季节性速度限制以及视觉和声学监测系统。例如，在科德角湾（北大西洋露脊鲸的重要觅食地）从 1 月 1 日到 5 月 15 日，所有 65 英尺或更长的船只都有 10 节的速度限制，以减少船只碰撞对鲸鱼造成严重伤害的可能性。如果在一年中的任何时候在该地区看到或听到鲸鱼，则要求所有尺寸的船只减速并注意这些生物。一个名为 Whale Alert 的免费应用程序在地图上以近乎实时的速度显示季节性管理区域和鲸鱼探测数据。

但美国国家海洋和大气管理局斯特尔瓦根岸国家海洋保护区的研究生态学家戴维·威利 (David Wiley) 说，这些管理方法缺乏预测能力，他与齐特巴特一起进行 DMS 研究。拥挤航运线路中的大型船只通常无法足够快地改变航向以避免与缓慢移动的鲸鱼发生碰撞。“借助像 DMS 这样的预测工具，我们可以计划而不是被动应对。”

2021 年，欧文、齐特巴特、威利及其合作者发表了一篇基于科德角研究的论文，表明较高水平的 DMS 对应于较高浓度的浮游动物，因此如果须鲸确实追踪 DMS，它实际上会引导它们找到猎物。现在研究人员正在研究须鲸是否真的聚集在这些 DMS 热点中。初步结果表明，北大西洋露脊鲸和塞鲸（另一种以桡足类浮游动物为食的须鲸物种）都聚集在这些热点中。

为了加强他们的论点，从今年开始，研究人员将在北大西洋露脊鲸到达之前、到达时和离开时，沿着标准化的断面线每两周测量一次科德角湾和马萨诸塞湾的 DMS 浓度。他们的目标是弄清楚水中必须有多少 DMS 鲸鱼才会出现。“我们需要找出阈值，这对鲸鱼来说在生物学上是相关的，”威利在谈到这项估计需要大约两年时间的研究时说。

梦想是从太空使用卫星成像监测 DMS 水平正在上升的地方——因此很可能是北大西洋露脊鲸的聚集地。野生动物管理者可以将船只改道绕过这些区域，或暂时关闭可能干扰鲸鱼的渔场或风能发电场，直到 DMS 水平消退且鲸鱼离开。气候科学家长期以来一直对 DMS 感兴趣，因为它促进云的形成。他们已经发现，这种化学物质可以从太空探测到。但这需要比现在可用的更高分辨率的卫星数据来预测鲸鱼的运动。

对于北大西洋露脊鲸和所有命运与它们息息相关的生物来说，洞察力来得越快越好。“如果情况没有改变，露脊鲸将在我们有生之年灭绝，”威利说。他认为这种关键物种的困境是我们这个时代的保护问题。也许在南极洲饥饿的座头鲸和一些好奇的科学家的帮助下，北大西洋露脊鲸和其他濒危须鲸有一天会重新夺回它们作为海洋王国统治者的地位。