当海豚在海洋中游泳时，它看起来毫不费力。通过上下摆动尾巴，这些光滑的海洋哺乳动物以流畅的滑行向前推进，这会让任何人类游泳者都羡慕不已。但是这种上下摆动的尾巴运动会对海豚的身体造成很大的压力，压缩其器官并将血压脉冲发送到其大脑。
现在，加拿大的研究人员提出了一个理论，解释了鲸类动物（海豚、鲸鱼和鼠海豚）如何保护它们的大脑免受这些游泳引起的血压脉冲的影响。正如发表在《科学》杂志上的一篇新论文中所描述的那样，这一切都归功于被称为“奇网”（retia mirabilia）的特殊血管网络。
科学家们早就知道许多动物都有奇网。公元二世纪，希腊医生盖伦描述了这些结构并给它们起了名字，翻译过来就是“奇妙的网”。事实上，奇网类似于由细静脉和粗动脉组成的复杂网状结构。它们可以在多种哺乳动物、鸟类和鱼类中找到，但在人类中很少见。
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在大多数拥有奇网的动物中，奇网充当温度调节机制，并且它们具有独特的结构。“你几乎可以想象画一朵花，花有一个非常大的中心——比如向日葵，并把它想象成一个大型的中心管，周围环绕着几个较小的管，”贝勒大学的生物学家莎拉·基恩勒说，她没有参与最近的研究。“这基本上就是我们所说的。”
基恩勒解释说，大的中央动脉将温暖的血液从身体的心脏输送到四肢，而周围的静脉则将冷血朝相反的方向输送。而且由于它们彼此相邻，热量在动脉和静脉之间传递，以确保两者都不会太冷或太热。
基恩勒说，火烈鸟是受益于奇网的经典例子。“由于它们在夜间站在水中，[奇网]在它们的下肢中帮助防止所有冷水导致它们的体温变得过低，”她补充道。在海洋哺乳动物中也发现了类似的奇网，有助于调节它们的鳍状肢、舌头和睾丸的温度。
海豚和其他鲸类动物拥有额外的奇网，这些奇网盘绕在它们的肺部周围，向上延伸到它们的脊柱并进入它们的大脑。这些特殊的网络与其他动物中的网络截然不同。首先，所涉及的血管要大得多，类似于蠕动的蠕虫团。其次，它们似乎没有起到温度调节器的作用。
显示白鲸奇网中主动脉和动脉的树脂铸件。图片来源：韦恩·沃格尔
基恩勒说：“这个区域——这个通向大脑的胸腔区域——在哺乳动物中，尤其是在海洋哺乳动物中，研究和识别的程度要低得多。”她补充说，关于该区域结构的功能存在许多假设，但没有一种解释得到很好的验证或被广泛接受。《科学》新论文的作者认为他们已经找到了答案。
研究人员观察了11种不同的鲸类动物的内部生物结构，包括长须鲸和瓶鼻海豚。其中一些动物是由这些科学家解剖的，而另一些动物则是由其他生物学家作为先前研究的一部分进行分析的。“所有都是已经死亡的动物，”其中大多数是搁浅死亡的，不列颠哥伦比亚大学的生物力学研究员、论文的合著者罗伯特·沙德威克说。
分析所有这些鲸类动物的内脏需要一些时间。“这项研究历时大约10年才得以完成——实际上超过10年了，”不列颠哥伦比亚大学的生物学家、也参与这项研究的韦恩·沃格尔说。
根据他们的分析，研究人员现在认为，在鲸类动物大脑周围发现的这些先前令人费解的奇网之一，很可能是为了适应游泳的身体需求而形成的。
鲸鱼、海豚和鼠海豚是从曾经生活在陆地上的哺乳动物进化而来的。数千万年前，鲸类动物的祖先放弃了陆地生活，转而选择了开阔的海洋。对于这些哺乳动物来说，过渡到水生生活并非易事；它需要许多特殊的适应。
这些生物必须克服的一个挑战是游泳对身体造成的压力。如前所述，海豚通过上下推动它们的大尾巴来向前推进，这会导致这种压力。今天的其他鲸类动物也是如此。“体腔都在脊柱下方，因此在向下划水时，脊柱下方的所有东西都会被挤压，”沙德威克说。“而在向上划水时，它会被松开。”
沙德威克解释说，这种收缩和放松是巨大压力的来源——不仅对鲸类动物的器官，而且对周围的血管也是如此。埃里克·埃克代尔是圣地亚哥州立大学的生物学家和古生物学家，他没有参与这项研究，他将这一过程比作仰卧起坐。“当我们做仰卧起坐或仰卧起坐时，我们会压缩我们的腹腔，”他说。“我们吸一口气，然后当我们做仰卧起坐时，我们会呼气，这样可以减轻一些压力。”
但是海洋哺乳动物没有呼气的奢侈。除了浮出水面呼吸的时刻外，鲸类动物在游泳时必须屏住呼吸。那么，鲸类动物如何管理由它们尾巴抽打引起的内部压力呢？特别是，当每次向下划水产生的血压脉冲到达颅骨时，它们如何确保不会导致脑损伤呢？
这就是奇网发挥作用的地方。沙德威克和他的同事假设，位于鲸类动物大脑旁边的这些海绵状网络之一可以减轻血液流经时的压力脉冲。具体来说，研究人员提出，这个奇网（“奇网”的单数形式）以保护大脑免受损害的方式将脉冲从静脉转移到相邻的动脉。
为了验证这一说法，研究人员根据他们观察到的11个物种的内部生物结构开发了一个计算机模型。事实上，他们发现他们假设的压力传递系统起作用了：它可以保护动物的大脑免受 97% 的压力脉冲的影响。他们现在确信，他们已经找到了鲸类动物“奇妙的网”长期以来寻求的秘密用途。
沃格尔还指出，属于不同海洋哺乳动物群体的海豹，它们的大脑周围没有奇网。这进一步支持了该团队关于该网络功能的假设。当鲸类动物上下摆动尾巴时，会将其器官压在脊柱上，而海豹左右摆动尾巴，这不会引起相同的内部压力。海豹不需要调节与游泳相关的血液脉冲——如果这就是颅骨奇网的作用，那么就可以解释为什么海豹没有奇网了。
沃格尔推测，鲸类动物的祖先在进入海洋之前，可能就已经有通向大脑的奇网了——但这个网络在陆地上具有不同的用途。“我怀疑它曾经可能是温度调节的，并且功能发生了变化，”沃格尔说。
但是，研究哺乳动物向海洋进化过渡的埃克代尔并不确定这一点。他怀疑鲸类动物的陆地祖先并没有奇网从脊柱向上延伸到大脑，而这个网络只是在那些哺乳动物进入海洋并不得不适应无呼吸游泳后才形成的。“它可能是一种新的结构——一种适应水生生活的新适应，”他说。但他承认，不可能确切知道这种结构是什么时候形成的，因为血管等软组织不会保存在化石记录中。
尽管在起源问题上采取了不同的立场，埃克代尔表示，他认为这篇新论文对鲸鱼和海豚大脑周围曾经神秘、不可否认的奇妙血管网络的功能给出了合理的解释。“我认为这对于完全水生的哺乳动物的特定问题来说是一种巧妙的解决方案，”埃克代尔说。