×

搜索

搜索站內資源

下海5000多萬年,完全適應海洋環境,「鯨魚為何還沒有進化出鰓」??

张1 2022/08/15

大約在6500萬年前,一顆小行星襲擊了地球,統治地球1.6億年的恐龍正式退出歷史舞臺,而鳥類和哺乳動物開始崛起。

而隨著第四紀冰期的到來(大約開始于260萬年前的樣子),哺乳動物徹底占據生態位,成為陸地霸主,無論在種類,數量,還是體型上都有了很大的變化。

然而,哺乳動物中有一個分支遠不滿足于陸地,它們把目光投向了更加廣闊的海洋,那就是鯨豚類,也就是現在的鯨魚和海豚這些。

雖然,現在靠海生存的哺乳動物有幾種,它們被稱為海洋哺乳動物,但是鯨豚類是最早下海,以及對海洋適應性最好的哺乳動物,

鯨魚下海的演化最少可以追溯到5000萬年前,現在的它們已經無法在陸地停留,哪怕只是短暫的,也會像魚類一樣死亡。

不過,鯨和魚無法在陸地停留的原因是不同的。

魚類是因為它們需要用鰓獲取水中的氧氣,一旦進入陸地就無法得到氧氣,而鯨是用肺獲取空氣中的氧氣,它們無法在陸地停留是因為離開海水,巨大的體型會讓內臟受到嚴重的擠壓。

那麼有一個有趣的問題,既然鯨魚在5000萬年的進化中完全適應了海洋,那為什麼它們沒有進化出鰓,而是繼續用肺呼吸呢?

圖注:抹香鯨和它的骨頭

鯨魚來自陸地

毫無疑問,鯨魚是哺乳動物,它們來自陸地,即便現在它們完全生活在海里,但它們身體的骨骼依然保留著陸地哺乳動物的原始面貌。

已知最古老的古鯨是巴基鯨或者叫 巴基斯坦古鯨,從5000萬年前的化石中得知,它們有四條腿,有尾巴,看起來更像狼而不是鯨魚。

這些動物嘴巴里都是尖尖的牙齒,磨損的方式表明它們吃魚。

圖注:巴基斯坦古鯨,生活在水里的四足動物

不過有意思的是它們的眼睛位于頭骨的上方——加上這一點想到了什麼?

它們的生存方式可能很像現在的鱷魚,眼睛在頭骨上方的話就可以即便在水下,依然可以觀察水面的情況,可以捕食來那些水邊喝水的動物。

能在水下捕獵讓這些古老的鯨魚大獲成功,在 49 到 4000 萬年前一種被稱為原鯨類的古代鯨魚群體遍布全球水域。

圖注:陸行鯨-4900萬年前生活在淺海

它們的耳朵和下巴得到最大優化,適應水下聽力和游泳,不過它們像現在的海豹一樣會回到陸地哺乳后代。

原鯨類非常多樣化,隨著時間流逝,它們中的許多走向了滅絕,但是有一些更加適應了海洋,變成今天的鯨魚和海豚。

它們的擁有背鰭,四肢被「蹼」完全覆蓋,外觀上和「水生水長」的鯊魚差不多,這被稱作趨同進化——兩個完全不相關的物種為了適應相同環境也變得相同。

可即便如此,為什麼呼吸空氣的本質鯨魚一直都沒有變過呢?

圖注:魚用腮呼吸

用肺呼吸強過鰓呼吸

魚和水好像是強關聯的存在,所以我們理所當然地認為在水中的動物就應該用鰓呼吸,而不是用肺呼吸。

事實上,即便是在海洋生存,用肺呼吸也比鰓呼吸要更好,至少對于鯨魚來說是這樣的。

鰓允許動物在水下就能獲取氧氣,這是非常完美的適應性進化特征。但水的含氧量很低,對于海水而言也只有4.59~8.72毫米/升——差不多就是4.59‰~8.72‰之間,而這個比例在空氣中是21%(大氣含氧量)。

呼吸空氣可以讓生物能夠獲得數十倍的氧氣,很明顯用肺呼吸是更加高效的呼吸方式,而鯨魚需要這些氧氣來提高新陳代謝率,因為它們是恒溫動物。

圖注:抹香鯨是這樣垂直睡覺的,它們吸一口氣可以睡2小時

同時,這也是為什麼現在的鯨魚可以長到這麼巨大,要知道最大的藍鯨可以達到200噸,如果用鰓呼吸,想保持這麼龐大身軀的溫度幾乎是不可能的。

用肺呼吸是它們的祖先經過數億年的進化才得到的,鯨魚沒有拋棄肺的理由,而自然界所有生物都是高效的,有了肺它們自然不會再搞個鰓。

不過,為了能夠在水中愉快地捕獵,鯨魚確實做了許多適應性改變。

鯨魚如何長時間在水下捕獵?

對于普通人而言,憋氣1分鐘估計都挺難的,但是一只抹香鯨可以在水下待2個小時,一直屏住呼吸,直到完成捕獵回歸水面。

鯨魚之所以做到這一點,其實它們改進最多的并不是自己的肺,或者說不是獲取更多的氧氣,而是如何存儲氧氣。

我們通過肺獲取空氣中的氧氣,然后通過血液運輸到全身,而血紅蛋白是作為氧氣的運輸工具,我們憋氣的時候,主要就是消耗血紅蛋白中的氧氣讓我們保持一定時間的清醒。

鯨魚也是一樣的,但是它們血液中血紅蛋白的含量比例是人類的2倍左右,這表明它們能夠存儲的氧氣更多。

不僅如此,它們血液含量也比陸地生物要高許多,人類血液的體積差不多是身體的7%左右,但是鯨魚的血液達到10%-20%,這相當于它們氧氣的存儲空間更大。

氧氣的另一個存儲空間是肌肉中的肌紅蛋白,鯨魚肌肉中的肌紅蛋白濃度比它們的陸地親屬高出 30%,這讓它們能夠多存儲大約35% 的氧。

除了存儲氧氣之外,鯨魚還很會「節約用氧」,比如它們會有意識地控制心率,并減少一些非必要器官和肌肉的血液流量。

總之很明顯,鯨魚不需要鰓,也有辦法在水中活得很好,甚至是更好,這就是為什麼它們現在沒有鰓,而且大機率是將來也不會有鰓。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論