由史密森尼國家自然歷史博物館海洋哺乳動物化石館館長Nicholas Pyenson共同撰寫的新研究表明，世界上最大的鯨魚的進食量被低估了。 11月3日發表在《自然》雜誌上的這項研究發現，巨大的鬚鯨–如藍鯨、長鬚鯨和座頭鯨–每年吃的食物平均比科學家以前估計的多三倍。 由於低估了這些鯨魚的食量，科學家們以前也可能低估了這些大型海洋動物對海洋健康和生產力的重要性。

由於鯨魚的進食量更多，它們的排泄量也更多，而鯨魚的糞便是公海中營養物質的一個重要來源。 通過排出排泄物，鯨魚説明保持關鍵的營養物質懸浮在水面附近，在那裡它們可以促進吸收碳的浮遊植物的繁殖，這些浮遊植物構成了海洋食物網的基礎。 如果沒有鯨魚，這些營養物質更容易下沉到海底，這可能會限制海洋某些地區的生產力，並可能反過來限制海洋生態系統吸收地球變暖的二氧化碳的能力。

這些發現是在地球面臨全球氣候變化和生物多樣性喪失等相互關聯的危機的關鍵時刻出現的。 隨著地球變暖，海洋吸收更多的熱量，變得更加酸性，威脅到鯨魚所需的食物來源的生存。 許多種類的鬚鯨也沒有從20世紀的工業捕鯨中恢復過來，只剩下捕鯨前種群規模的一小部分。

“我們的結果說，如果我們將鯨魚種群恢復到20世紀初捕鯨前的水準，我們將恢復海洋生態系統失去的大量功能，”Pyenson說。 “可能需要幾十年的時間才能看到這種好處，但這是迄今為止對大型鯨魚在我們星球上的巨大作用最清晰的解讀。”

令人驚訝的是，當涉及到世界上最大的鯨魚時，一些基本的生物學問題仍未得到解答。 海洋生態學家和斯坦福大學博士後Matthew Savoca是Pyenson的合作者之一，也是這項研究的主要作者，他發現自己面臨著這些剩餘的謎團之一：巨大的濾食性須鯨每天吃多少。

Savoca說，他從過去的研究中遇到的最佳估計是根據有關物種的少數實際測量結果進行的猜測。 為了破解30至100英尺長的鯨魚到底吃了多少食物的難題，Savoca、Pyenson和一個科學家團隊使用了2010年至2019年期間收集的生活在大西洋、太平洋和南大洋的橫跨七個物種的321個標籤鯨魚的數據。

Savoca表示，每個標籤都是吸在鯨魚的背上，就像一個微型的智慧手機–配有攝像頭、麥克風、GPS和跟蹤運動的加速度計。 這些標籤在三維空間中跟蹤鯨魚的運動，使研究小組能夠尋找蛛絲馬跡，以了解這些動物從事餵食行為的頻率。

該數據集還包括來自七個物種的105頭鯨魚的無人機照片，用於測量它們各自的長度。 然後，每隻動物的長度可以被用來準確估計其身體品質和每進食一次的過濾量。 最後，參與這一近十年的數據收集工作的團隊成員使用配備有回聲探測儀的小船，在鯨魚進食的地方進行比賽。 回聲探測儀使用聲波來探測和測量磷蝦和其他獵物物種群的大小和密度。 這一步驟對於研究小組估計鯨魚可能消耗的食物數量來說是至關重要的經驗基礎。

通過將這三條證據編織在一起–鯨魚的進食頻率、它們在進食時可能消耗多少獵物以及有多少獵物可用–研究人員可以得出迄今為止對這些巨大的哺乳動物每天以及每年的進食量的最準確估計。

例如，該研究發現，一頭成年的北太平洋東部藍鯨在其覓食季節每天可能消耗16噸的磷蝦，而一頭北大西洋露脊鯨每天大約吃5噸的小型浮遊生物，一頭弓頭鯨每天大約吃6噸的小型浮遊生物。

為了量化這些新的估計在更大的生態系統中的意義，2008年的一項研究估計，被稱為加利福尼亞海流生態系統的所有鯨魚，從不列顛哥倫比亞省延伸到墨西哥，每年需要大約200萬噸的魚、磷蝦、浮遊生物和魷魚。 新的結果表明，生活在加利福尼亞海流生態系統中的藍鯨、長鬚鯨和座頭鯨種群每年各需要200多萬噸食物。

為了證明鯨魚食用更多的獵物如何增加它們回收關鍵營養物質的能力，研究人員還計算了所有這些額外的鯨魚進食將以糞便形式重新循環的鐵量。 在海洋的許多地方，溶解的鐵是一種限制性營養物質，這意味著水中可能有大量的其他關鍵營養物質，如氮或磷，但鐵的缺乏會阻止潛在的浮遊植物的繁殖。 由於鯨魚吃得太多，它們最終會攝入和排出大量的鐵。 先前的研究發現，鯨魚糞便中的鐵含量大約是南極洲海水中鐵含量的1000萬倍，而且由於鯨魚呼吸空氣，它們往往在海面附近排便–正好是浮遊植物需要營養物質來幫助進行光合作用的地方。 利用過去對鯨魚糞便中鐵的平均濃度的測量，研究人員計算出南大洋的鯨魚每年大約回收1200噸的鐵。

這些令人驚訝的發現導致研究人員調查他們的結果可能告訴他們在20世紀工業捕鯨屠殺200萬至300萬頭鯨魚之前的海洋生態系統。 根據捕鯨業在南大洋南極洲周圍水域殺死動物的記錄，研究人員利用現有的對該地區曾經生活的鯨魚數量的估計，結合他們的新結果，估計這些動物可能吃了多少。

根據分析，在20世紀初，南大洋的小鬚鯨、座頭鯨、長鬚鯨和藍鯨每年消耗大約4.3億噸磷蝦。 這個總量是今天整個南大洋磷蝦數量的兩倍，是全球所有人類野生捕撈漁業總產量的兩倍多。 就鯨魚作為營養物質回收者的作用而言，研究人員計算出，在20世紀捕鯨活動造成損失之前，鯨魚種群產生了大量的排泄物，其中含有12000噸的鐵，是目前鯨魚在南大洋回收量的10倍。

這些計算表明，當有更多的鯨魚在進食磷蝦時，一定有更多的磷蝦供它們食用。 Savoca說，在失去這麼多最大的捕食者之後，磷蝦數量的下降被研究人員稱為磷蝦悖論，磷蝦數量的下降在捕鯨活動特別激烈的地區最為明顯，例如南大洋和南美洲東南的大西洋之間的斯科特海。

“這種下降是沒有道理的，直到你考慮到鯨魚在充當移動的磷蝦加工廠，”Savoca說。 “這些是像波音737一樣大小的動物，在遠離陸地的地方進食和排便，而這個系統在許多地方是鐵限制的。 這些鯨魚在開放的南大洋中播種生產力，一旦鯨魚離開，就很少有機會回收這種肥料。 ”

該論文認為，恢復鯨魚的數量也可以恢復失去的海洋生產力，並因此提高浮遊植物吸收的二氧化碳量–這些浮遊植物被磷蝦吃掉了。 研究小組估計，20世紀初捕鯨前的數量所提供的營養迴圈服務可能會促使南大洋的海洋生產力大約增加11%，並減少至少2.15億噸的碳，在重建過程中被海洋生態系統和生物體吸收和儲存。 這些減碳的好處也有可能會逐年累積。

“我們的結果表明，鯨魚對全球生產力和碳清除的貢獻，就規模而言，可能與整個大陸的森林生態系統相當，”Pyenson說。 “這個系統仍然存在，幫助鯨魚恢復可以恢復失去的生態系統功能，並提供一個自然氣候解決方案。”

Pyenson說，他、Savoca和其他人正在思考，如果研究小組對他們的估計不那麼保守，那麼鯨魚的影響可能是什麼，以及一個潛在的研究方向，即比較相對較新的大型哺乳動物在海洋中的損失和在陸地上的損失，如美國野牛。 儘管Savoca在斯坦福大學工作，但他今年秋天將繼續在史密森尼博物館工作，從其廣泛的鬚鯨收藏中收集樣本。