由史密森尼国家自然历史博物馆海洋哺乳动物化石馆馆长Nicholas Pyenson共同撰写的新研究表明，世界上最大的鲸鱼的进食量被低估了。11月3日发表在《自然》杂志上的这项研究发现，巨大的须鲸--如蓝鲸、长须鲸和座头鲸--每年吃的食物平均比科学家以前估计的多三倍。由于低估了这些鲸鱼的食量，科学家们以前也可能低估了这些大型海洋动物对海洋健康和生产力的重要性。
由于鲸鱼的进食量更多，它们的排泄量也更多，而鲸鱼的粪便是公海中营养物质的一个重要来源。通过排出排泄物，鲸鱼帮助保持关键的营养物质悬浮在水面附近，在那里它们可以促进吸收碳的浮游植物的繁殖，这些浮游植物构成了海洋食物网的基础。如果没有鲸鱼，这些营养物质更容易下沉到海底，这可能会限制海洋某些地区的生产力，并可能反过来限制海洋生态系统吸收地球变暖的二氧化碳的能力。
这些发现是在地球面临全球气候变化和生物多样性丧失等相互关联的危机的关键时刻出现的。随着地球变暖，海洋吸收更多的热量，变得更加酸性，威胁到鲸鱼所需的食物来源的生存。许多种类的须鲸也没有从20世纪的工业捕鲸中恢复过来，只剩下捕鲸前种群规模的一小部分。
“我们的结果说，如果我们将鲸鱼种群恢复到20世纪初捕鲸前的水平，我们将恢复海洋生态系统失去的大量功能，”Pyenson说。“可能需要几十年的时间才能看到这种好处，但这是迄今为止对大型鲸鱼在我们星球上的巨大作用最清晰的解读。”
令人惊讶的是，当涉及到世界上最大的鲸鱼时，一些基本的生物学问题仍未得到解答。海洋生态学家和斯坦福大学博士后Matthew Savoca是Pyenson的合作者之一，也是这项研究的主要作者，他发现自己面临着这些剩余的谜团之一：巨大的滤食性须鲸每天吃多少。
Savoca说，他从过去的研究中遇到的最佳估计是根据有关物种的少数实际测量结果进行的猜测。为了破解30至100英尺长的鲸鱼到底吃了多少食物的难题，Savoca、Pyenson和一个科学家团队使用了2010年至2019年期间收集的生活在大西洋、太平洋和南大洋的横跨七个物种的321个标签鲸鱼的数据。
Savoca表示，每个标签都是吸在鲸鱼的背上，就像一个微型的智能手机--配有摄像头、麦克风、GPS和跟踪运动的加速度计。这些标签在三维空间中跟踪鲸鱼的运动，使研究小组能够寻找蛛丝马迹，以了解这些动物从事喂食行为的频率。
该数据集还包括来自七个物种的105头鲸鱼的无人机照片，用于测量它们各自的长度。然后，每只动物的长度可以被用来准确估计其身体质量和每进食一次的过滤量。最后，参与这一近十年的数据收集工作的团队成员使用配备有回声探测仪的小船，在鲸鱼进食的地方进行比赛。回声探测仪使用声波来探测和测量磷虾和其他猎物物种群的大小和密度。这一步骤对于研究小组估计鲸鱼可能消耗的食物数量来说是至关重要的经验基础。
通过将这三条证据编织在一起--鲸鱼的进食频率、它们在进食时可能消耗多少猎物以及有多少猎物可用--研究人员可以得出迄今为止对这些巨大的哺乳动物每天以及每年的进食量的最准确估计。
例如，该研究发现，一头成年的北太平洋东部蓝鲸在其觅食季节每天可能消耗16吨的磷虾，而一头北大西洋露脊鲸每天大约吃5吨的小型浮游生物，一头弓头鲸每天大约吃6吨的小型浮游生物。
为了量化这些新的估计在更大的生态系统中的意义，2008年的一项研究估计，被称为加利福尼亚海流生态系统的所有鲸鱼，从不列颠哥伦比亚省延伸到墨西哥，每年需要大约200万吨的鱼、磷虾、浮游生物和鱿鱼。新的结果表明，生活在加利福尼亚海流生态系统中的蓝鲸、长须鲸和座头鲸种群每年各需要200多万吨食物。
为了证明鲸鱼食用更多的猎物如何增加它们回收关键营养物质的能力，研究人员还计算了所有这些额外的鲸鱼进食将以粪便形式重新循环的铁量。在海洋的许多地方，溶解的铁是一种限制性营养物质，这意味着水中可能有大量的其他关键营养物质，如氮或磷，但铁的缺乏会阻止潜在的浮游植物的繁殖。由于鲸鱼吃得太多，它们最终会摄入和排出大量的铁。先前的研究发现，鲸鱼粪便中的铁含量大约是南极洲海水中铁含量的1000万倍，而且由于鲸鱼呼吸空气，它们往往在海面附近排便--正好是浮游植物需要营养物质来帮助进行光合作用的地方。利用过去对鲸鱼粪便中铁的平均浓度的测量，研究人员计算出南大洋的鲸鱼每年大约回收1200吨的铁。
这些令人惊讶的发现导致研究人员调查他们的结果可能告诉他们在20世纪工业捕鲸屠杀200万至300万头鲸鱼之前的海洋生态系统。根据捕鲸业在南大洋南极洲周围水域杀死动物的记录，研究人员利用现有的对该地区曾经生活的鲸鱼数量的估计，结合他们的新结果，估计这些动物可能吃了多少。
根据分析，在20世纪初，南大洋的小须鲸、座头鲸、长须鲸和蓝鲸每年消耗大约4.3亿吨磷虾。这个总量是今天整个南大洋磷虾数量的两倍，是全球所有人类野生捕捞渔业总产量的两倍多。就鲸鱼作为营养物质回收者的作用而言，研究人员计算出，在20世纪捕鲸活动造成损失之前，鲸鱼种群产生了大量的排泄物，其中含有12000吨的铁，是目前鲸鱼在南大洋回收量的10倍。
这些计算表明，当有更多的鲸鱼在进食磷虾时，一定有更多的磷虾供它们食用。Savoca说，在失去这么多最大的捕食者之后，磷虾数量的下降被研究人员称为磷虾悖论，磷虾数量的下降在捕鲸活动特别激烈的地区最为明显，例如南大洋和南美洲东南的大西洋之间的斯科特海。
“这种下降是没有道理的，直到你考虑到鲸鱼在充当移动的磷虾加工厂，”Savoca说。“这些是像波音737一样大小的动物，在远离陆地的地方进食和排便，而这个系统在许多地方是铁限制的。这些鲸鱼在开放的南大洋中播种生产力，一旦鲸鱼离开，就很少有机会回收这种肥料。”
该论文认为，恢复鲸鱼的数量也可以恢复失去的海洋生产力，并因此提高浮游植物吸收的二氧化碳量--这些浮游植物被磷虾吃掉了。研究小组估计，20世纪初捕鲸前的数量所提供的营养循环服务可能会促使南大洋的海洋生产力大约增加11%，并减少至少2.15亿吨的碳，在重建过程中被海洋生态系统和生物体吸收和储存。这些减碳的好处也有可能会逐年累积。
“我们的结果表明，鲸鱼对全球生产力和碳清除的贡献，就规模而言，可能与整个大陆的森林生态系统相当，”Pyenson说。“这个系统仍然存在，帮助鲸鱼恢复可以恢复失去的生态系统功能，并提供一个自然气候解决方案。”
Pyenson说，他、Savoca和其他人正在思考，如果研究小组对他们的估计不那么保守，那么鲸鱼的影响可能是什么，以及一个潜在的研究方向，即比较相对较新的大型哺乳动物在海洋中的损失和在陆地上的损失，如美国野牛。尽管Savoca在斯坦福大学工作，但他今年秋天将继续在史密森尼博物馆工作，从其广泛的须鲸收藏中收集样本。