2023年9月18日 星期一

泰坦的眾神


巨大的藍鯨(海生館影像資料庫)


|  海生館展示組 李世緯    |  海生館展示組提供


藍鯨是地球最大的動物,然後呢?巨大甚至超級巨大的國度到底有什麼值得說的?《莊子》開頭第一句話也是「北冥有魚,其名為鯤。鯤之大,不知其幾千里也」。1911年造出的那艘超級豪華郵輪鐵達尼號(Titanic),而希臘神祇「titan」泰坦這個字一如古希臘語「deinós」恐龍,指的就是非常巨大甚至威力爆發的意思。是不是說只要巨大就搏眼球?龐然大物所散發出來的那種恐怖,以及隨後引發的好奇甚或好感,這種驚悚的魅力很容易感受用不著太多的解釋。以下舉幾個因藍鯨而引發的雜想。

大而有當的藍鯨

藍鯨的體型巨大,身上的每一個細節都值得被寫進教科書中:牠們的心臟怎麼跳、血管的管徑多麼誇張、能輸送多少血液、一口可以吞下幾頓海水、有多少生物靠牠們的排泄物為生、甚至連死掉之後的身體組織都可以滋養萬物一百年之久……。當一個個體長到這種不可思議的大小時,牠的每一項指標確實也已經達到生物界的極限了。

極端例子一直是科學家感興趣的題材:生活在攝氏80度熱泉中的細菌、生活於1,000公尺深的巨鯊、最長壽的陸龜、緯度最高的珊瑚或緯度最低的鮭魚和鱒魚等等……。或許人類寄望從這些不尋常的例子中,可以找出對極端環境的因應之道。透過了解牠們如何克服這麼高的溫度、這麼大的壓力;為什麼代謝這麼慢(或這麼快)還能活;以及為什麼其它的動物(如人類)就是不行……。或許有一天我們能找到答案,我們也能道法自然,在詭譎多變的環境中找到生存之道。

藍鯨的存在完全證明了這一個有機體確實可行,牠的營養供給系統足夠,心肺功能良好,骨骼也足以支撐牠巨大的體型,即使在南極這樣極寒的環境中還能維持恆溫,並保持半年不用進食,幼鯨更是以哺乳的方式就能以超高的速度成長,可說是「一暝大一寸」。林林總總的紀錄確實伴隨著牠的巨大而來,可惜的是,這個神奇的生物究竟是如何做到這一切的,我們依舊是充滿了問號。

對很多人來說,呆萌憨厚的鯨豚是認識海洋的契機,但牠們生活於大海,數量又稀少,終究並不常見。粗略估計,全球範圍內展示完整藍鯨(骨骼或外型)標本的,也就只有25隻。因此這一次海生館有機會能將這頭擱淺在臺東長濱海灘的藍鯨個體製成標本且公開展示,不僅難得,也是科學教育的絕佳題材。話雖如此,藍鯨標本的製作可一點都不簡單,由於牠外型巨大,施作的每一個步驟都是大工程,撇除肌肉脂肪如何清除與骨骼如何不腐爛的難題之外,一隻完整動物的復原本身就不是小事,尤其又是數量稀少如藍鯨者。雖然可以參考相關文獻,但是要真正落實到完整的展示,中間還是有一大堆待釐清的疑問。


藍鯨的下頷骨需出動多名人力搬運

重返海洋後的變化

在鯨豚研究的眾多議題之中,最有趣的一項大概就是這些原本生活於陸地的動物為了適應新的水域環境,牠們做出了哪些改變?改變固然是適應之所需,但是有的時候「以不變應萬變」的原狀策略其實才是最佳的生存之道。以下我將分成「保持原狀」與「做出改變」兩大方向來討論從藍鯨身上看到的例證。

重返海洋之後選擇「保持原狀」的特徵:

一、呼吸

動物從海洋到陸地,最明顯的改變就是呼吸方式,畢竟呼吸(氣體交換)是動植物維持生命的必要條件。從海洋到陸地,呼吸功能從鰓轉移到肺。但是鰓與肺畢竟是兩種器官,它們的構造完全不同(充其量只是功能相同),並不存在著由鰓演化成肺這樣的實例,不過也確實有一些動物——如肺魚,同時擁有鰓與肺。


圖中一片片黑色的物體為藍鯨之鯨鬚板,它能幫助鯨魚過濾食物,其成分與人類的指甲和頭髮相像


既然登陸時呼吸功能由鰓轉移到肺,那麼,顛倒過來的重返海洋,呼吸功能真的會由肺再次轉移回鰓嗎?很可惜(也很有趣),沒有這樣的例子。也就是說,再一次從陸地返回大海的生物,不論是海龜、海蛇、鯨豚、海獅或海豹,牠們通通保留了如在陸地生活的呼吸器官:肺。原因有很多,有可能是空氣中的溶氧量遠高於水中的溶氧量,已經習慣呼吸陸地「空氣」的陸生動物,自然是由奢入儉難了。因為需要呼吸空氣,這些海洋生物需要定期回到海面,哪怕是潛入上千公尺深的魚龍或抹香鯨,都得定期浮上水面以取得新鮮空氣。仔細想想,這些生物一輩子都要這樣上上下下也是頗為辛苦。

也因為重返海洋的動物們需要定期回到海面呼吸,所以這些動物體內都有一個安全模式,就是當牠們虛弱、無力、生病時會自動飄浮,進入所謂的海飄期(常發生在生病或垂死之前),這樣才能確保生物基本的供氧。所以我們會在海灘發現擱淺的海龜或鯨豚,但基本看不到擱淺的大白鯊。

二、體溫

大部分的海水溫度介於030幾度,而一般的陸地環境一年的氣溫最低可達零下30度,最高可達4050幾度。比起陸地環境,因為水的高比熱特性,海域環境的溫度更為穩定。大概是因為這樣的緣故,海洋生物普遍缺乏體內調節溫度的生理機制,牠們多半隨著周圍海水的溫度而活,當海水溫度變得過熱或過冷時,牠們就只能遷移以適應溫度變化,這就是為什麼會有熱帶魚、北冰洋魚群和極地魚群的分別。跟陸地生物能夠深入冰原或赤道不一樣,不能主動改變體溫的海洋生物只得選擇適合溫度的海洋環境,從此開始追逐季節與洋流,或者大規模遷徙以求溫飽的一生。

例外就是這些前任的陸地居民,當牠們重返海洋之後卻還維持著在陸地「恆溫」的體質,繼續在海洋中存活著。想像一下,一個失足落海的人,要克服的最大難題就是失溫,海水會吸走你大量的熱量。也為了要在水下維持體溫,鯨豚必須儲存厚厚的脂肪(但鯊魚就沒有),這與極地動物北極熊類似。動物保持恆定的體溫好處很多:首先可以維持穩定的生理代謝,其次可以發展出比較敏銳的神經系統,另外也能培養腸胃道中的共生菌(如此擴大了攝食範圍)。然而維持恆溫也意味著動物得耗費更多能量,牠們需要更多且更營養的食物。

三、生殖

距今3億年前,當動植物大規模登陸後,除了生活的模式,其傳宗接代的方式也發生了翻天大改變。當牠們還在水域環境中時,藉由水的媒介,很容易就能達成精子與卵子的相遇——也就是體外受精。但是在陸地環境這種策略就變得完全不可行了,因此生物也紛紛改變方法,從此變成體內受精,讓精子與卵子在身體內部環境結合,並且無一例外(青蛙等兩生動物借助小水塘讓精卵相遇,所以並不是完全的陸生動物)。有趣的是,鯨豚重返海洋後,依舊放棄了絕佳的水媒環境,卻仍然選擇保留體內受精,甚至體內孕育的生殖模式。值得一提的是,某些從來沒有離開過海洋的生物,比如鯊魚、鯨鯊等也發展出體內受精的生殖策略,這個跟登陸返海無關,純屬趨同演化。


藍鯨骨骼空拍

藍鯨頭骨


演化絕對不是萬能,當功能改變、或者說當進入下一個階段之後,想單純回復原狀是不可能的,解決新的難題自有新的想法與方法。陸地跟海洋的巨大差異,這裡的呼吸、體溫與生殖就是最好的例子。


修復後藍鯨頭骨


重返海洋之後「做出改變」的特徵:

前面介紹了鯨豚重返海洋之後不發生改變的幾項特徵,接下來列舉幾個返回大海之後,明顯發生改變的地方。

一、外型

猜猜看,鯨豚與哪個陸生動物有親戚關係?答案可能讓您意想不到——是豬牛這一類偶蹄類動物!只不過,鯨豚在返回海洋的過程中,脫離了原來類似河馬的臃腫外型,變成魚模魚樣,一切只為了適應水中生活。

最開始,人們也確實以為牠們就是魚,只不過是非常與眾不同的魚,但是還是將牠們概括成魚,(古時候「魚」的定義並不完全等同今日,還包含了幾乎所有在水中的生物)。海豚的英文「dolphin」源自希臘文「delphus」,意指有子宮的魚。一千多年前,北歐人推測牠們應該是胎生(畢竟真實看到有點難)。漢字系統稱之為海豚(豚者豬也),其實就是因為發現這種魚的內臟和豬牛等哺乳動物相似,而跟現代定義的魚類,如鯨鯊等反而不像。

鯨豚重返海洋生活之後,為了適應浮力與海流,牠們的外表逐漸從四腳獸演變成具魚類特徵的外型。不過有些重返海洋生物如海龜、海蛇等並沒有改變原有的外型,關於體型改變或不改變的討論應該會是很有趣的一課。由此可見不同的物種有各自的策略,演化會根據環境與需求量身訂造。除了變成魚模樣的外型之外,鯨豚的皮膚也放棄了祖先所擁有的毛髮,變成看起來跟鯊魚等很類似的外皮,儘管如此牠們還是沒有鱗片。

二、運動方式

運動方式的改變是非常明顯且合理的,畢竟游泳與行走截然不同。鯨豚類的後肢退化,增大的尾巴及演化出來的尾鰭成為主要的動力來源,前肢反而只是輔助功能。牠們的泳姿和我們人類游泳時所使用的蝶式相似,與左右搖擺前進的魚類相比,鯨豚以上下擺動的方式前行,也因此發展出強壯的脊椎骨。設想一下為什麼牠們的祖先不保留後肢然後讓尾巴退化?如果演化的路途選擇用後肢游泳,像我們的蛙式或自由式一樣,那今天的鯨豚是長什麼模樣?


骨盆骨,被視為鯨豚演化的骨骼遺跡。

三、骨骼構造

不可否認,雖然同為哺乳類,但是藍鯨或是鯨豚的身體結構在許多地方都與陸生親戚,例如我們人類相比,有極大的不同。最明顯的特徵包括了適合游泳的前肢、延長到不可思議長度並且可以張開到接近垂直的上下顎骨(可張開的角度甚至比蛇類還要大)、以及退化到幾乎消失的後肢骨。若要深入了解更多細節和比對各項不同之處,歡迎大家在藍鯨骨骼展出後來海生館,眼見為憑!

藍鯨在很多方面都具有重要的研究價值,牠們的身體可以碳儲存,牠們可以滋養生態,依靠藍鯨而活的生物有幾個拖拉庫那麼多(其中當然包括人類)。但是拋開這一類功利取向的判斷,這麼巨大、稀少甚至無害的動物在我們眼前一隻一隻死去,從道德與審美的立場,人類難道不應該反省,應該怎麼做,才能讓這些可愛的生物永續下去嗎?


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