撰文 | 五莲花开

 

啥是“絮羽状粪便”？

 

鲸鱼是海洋中体型最大的哺乳动物，每次进食量都非常大，排遗量也会非常大。

 

一头蓝鲸每天可以吃掉多达4000公斤磷虾，经过消化道之后排出的量也不会少。而且根据对鲸鱼祖先化石的研究表明，鲸鱼是偶蹄目动物后裔，跟河马是近亲。因此鲸鱼的内脏系统跟陆生哺乳动物的内脏系统是差不多的。

 

 

从上图可以看出，海豚、鲸鱼等海洋哺乳动物是有胃肠和肾脏的。也就是说鲸鱼的排遗跟人类是相似的——从肛门处排遗。

 

熟悉河马排遗的读者应该已经意识到鲸鱼的排遗并不像人类那样简单了。是的，鲸鱼的排遗物被科学家描述为“絮羽状粪便”。

抹香鲸排遗的动图和照片 | 图片来源：http://www.keriwilk.com/whale-poop

 

这是一组2014年3月在加勒比海多米尼加西海岸附近拍摄的照片。据摄影师wilk说：“它释放出粪便之后，便开始在水中上下摆动，用尾巴甩得海水四处飞溅，基本上使粪便尽可能掩藏自己。”排便完成后，鲸鱼便游向大海深处。这看起来像是为了自我防卫。“尽管这次拍摄经历非常不可思议、令人作呕（摄影师眼睛、嘴巴、潜水服里都是鲸鱼大便），但确实很荣幸能遇到这样的事情……这确实是一次非常奇妙的经历。”

 

什么是“鲸鱼泵”？

 

根据海洋生态学家的观察，鲸鱼似乎只在海洋表层排便。由于鲸鱼的排泄物大部分是液态，因此，这些鲸鱼粪便中的养分更有可能保留在表层悬浮液中，而不是沉入海底。

 

进一步研究表明鲸鱼的粪便在生态系统中起到了非常关键的作用。

 

科学家Joe Roman 和 James J. McCarthy在2010年发现了一种叫做鲸鱼泵（whale pump）的生态调节手法[1]。

图片来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/WhalePump.jpg

 

在海洋生态系统中，生物材料形式的营养素有从表层缓慢沉入深海环境的趋势。这种营养物质的向下迁移称为生物泵（biological pump），而营养物质本身称为海洋降雪（marine snow）。海洋降雪中的养分可能被海底沉积物束缚或溶解在水中，需要数十年（甚至几个世纪）才能重新出现。因此，海洋表层的生态系统通常营养贫乏，而冰冷的深水则营养丰富。

 

然而研究发现，鲸鱼可以通过被称为“鲸鱼泵”（whale pump）的简单机制来平衡这种现象。它们在不同的深度进食，但似乎只在表层排便。这些大量的粪便云层为生态系统提供了大量的铁和氮，同时由于鲸鱼的排泄物大部分是液态，这些养分会留在海洋表层而不是下沉。这将极大地提升浮游生物的生活品质。对于生活在深海的生物（例如抹香鲸），这种泵送作用将更加显著。

 

2014年，Roman的进一步研究表明鲸鱼的多种行为对生态系统有着重大意义。鲸鱼可被称为“海洋生态系统的工程师”，对于海洋生态系统的调节有着极大的帮助[2]，甚至还可以间接帮助固定大气中的二氧化碳。

鲸鱼泵（whale pump）的具体路径

 

鲸鱼对海洋生态系统的调节手法

 

鲸鱼可以通过鲸鱼泵、捕食、排遗以及鲸落等方式对海洋生态系统进行维护。另外，鲸鱼是迁徙距离最长的哺乳动物之一。美国海岸外的灰鲸每年迁徙1万6千公里，它们在营养物丰富的捕食水域和营养物缺乏的繁殖水域间来回移动。这也使得鲸鱼在极大的范围内改善了海洋生态系统中上下层营养成份分布不均的情况。鲸鱼通过排便的方式调节着整个海洋系统。

 

鲸鱼排便对于海洋表层的浮游植物有着重要的意义——浮游植物能够从中获取更多的养分进行光合作用。鲸鱼不仅能够维持海洋生态系统的基层稳固，同时还是全球环境资源（如碳和营养素）循环的关键参与者，这对全球变暖和气候变化也非常重要。实际上，鲸类粪便的产生是造成这种循环的主要因素。鲸鱼在深层营养丰富的水域消费物质，并在营养缺乏的水域施肥，从而帮助混合水体并通过各种海洋层传播铁和氮等基本营养素。鲸鱼的“絮羽状粪便”刺激了浮游生物和其他微生物的生长，而这些微生物和浮游植物是海洋食物链的基础。

 

龙涎香怎么来的？

 

鲸鱼粪便不仅对于生态系统有着重要意义，同时也可以作为香料。著名的龙涎香是重要的香料成分，它的形成也有鲸鱼排便有关[3]。

图片来源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b1/Ambergris.jpg

 

事实上，在上文抹香鲸排遗的图片中也是有一些固体的，如深海中的巨乌贼的颚片和内骨骼。它们难以消化，通常会残留在胃中。这些颚片并不会对抹香鲸造成伤害——抹香鲸每隔六七天就会把胃中累积的难以消化的食物残渣吐出来，通常这些颚片并没有机会进入抹香鲸的肠道。

 

凡事总有例外，偶尔会有些难以消化的固体物质进入抹香鲸的肠道并随着肠道的蠕动进入直肠，与粪便混合并使粪便结成半固体状。因为抹香鲸的正常粪便是液态的，它的肛门也不能排出固态的粪便，这些半固体状会堵塞直肠，导致排便困难。为了使排便恢复畅通，它只好加强了肠壁对粪便中水分的重吸收，使阻塞物体积缩小，并通过肠道蠕动使其表面变得光滑，形成粪石。这样一来，液态的粪便就能通过阻塞物和直肠壁的空隙排出了。但阻塞物就像一个小水坝，截留了粪液带来的新的固体物，于是粪石越裹越大，并在抹香鲸的肠道中经过细菌和各种酶的复杂加工，最终形成龙涎香。

 

参考文献

 

[1] Roman, J., & McCarthy, J. J. (2010). The Whale Pump: Marine Mammals Enhance Primary Productivity in a Coastal Basin. PLoS ONE, 5(10), e13255. doi:10.1371/journal.pone.0013255

 

[2] Roman, J., Estes, J. A., Morissette, L., Smith, C., Costa, D., McCarthy, J., … Smetacek, V. (2014). Whales as marine ecosystem engineers. Frontiers in Ecology and the Environment, 12(7), 377–385. doi:10.1890/130220

 

[3] https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%BE%8D%E6%B6%8E%E9%A6%99

 

本文经授权转载自作者五莲花开的知乎，《返朴》稍有修改。