鲸鱼是如何工作的

对我们来说，这些生物从陆地到海洋的路径似乎是一个奇怪的转折点。为什么一种陆地哺乳动物，特别适合在固体地面上生活，会进化成海洋生物，大部分时间都远离空气和阳光？最好的猜测是鲸鱼的祖先只是去了食物所在的地方。海洋中充满了种类繁多的鱼类和甲壳类动物，而沿海地区的食物可能很稀少。最有可能的是，鲸鱼的祖先第一次冒险下水是为了利用这笔赏金。

为了实现这一转变，鲸鱼必须克服许多障碍。首先，他们必须应对可呼吸空气的减少。这导致了许多非凡的适应性。鲸鱼的“鼻子”从脸上移动到头顶。这喷水孔使鲸鱼在不完全浮出水面的情况下很容易呼吸空气。相反，鲸鱼会游到水面附近，弓起身体，让背部短暂浮出水面，然后弯曲尾巴，迅速将身体推进到水下。

为了在水面上呼吸，鲸鱼会弯曲身体肌肉这会打开气孔，然后像其他哺乳动物一样吸气。当鲸鱼放松肌肉时，气孔会关闭，所以再次潜水是安全的。因为鲸鱼只能在水面呼吸，所以鲸鱼必须发育有意识的呼吸．他们没有我们的自动呼吸过程。与人们普遍认为的相反，鲸鱼并不从它们的喷水孔喷出海水。人们看到的喷口实际上是由呼出的空气引起的。由于呼出的空气通常比水面周围的空气要热，所以当它流出时就会迅速冷却。空气中的水蒸汽立刻消失了凝结变成液体，看起来像喷水。由于每种鲸鱼都有一个独特形状的喷水孔(许多鲸鱼有两个喷水孔)，它们也有自己独特的喷水形状。有经验的赏鲸者仅凭喷水就能辨认出特定的鲸种。

在下一节中，我们将进一步了解鲸鱼如何呼吸，并了解鲸鱼如何呼吸睡觉在水下生存。

为了在海洋中生存，鲸鱼必须能够长时间不浮出水面呼吸空气。为了做到这一点，他们发展了高度专业化的呼吸系统。鲸鱼的肺与我们的呼吸方式相同，但它们能最大限度地利用每一次呼吸。在一次呼吸中，你的身体可以吸收你吸入的氧气的15%。另一方面，鲸鱼吸收的氧气量高达鲸鱼呼吸的90%。当你考虑鲸鱼的肺的巨大尺寸时，这是一个充满氧气的空气。就像其他哺乳动物一样。鲸鱼把多余的氧气储存在水中肌红蛋白，一种特殊的蛋白质细胞中发现的肌肉. 鲸鱼比其他动物含有更多的肌红蛋白，这使得它们一次能储存更多的氧气。

鲸鱼也能更有效地利用这种氧气。当它们潜水时，它们的心心跳变慢，选择性动脉收缩。这减慢了血在不降低血压的情况下从本质上讲，鲸鱼的特殊生理机能让它有更好的“油耗”——它们能让每一次呼吸持续下去。的抹香鲸它的呼吸系统是世界上效率最高的动物之一——这种巨大的动物一次可以屏住呼吸80到90分钟。然而，喙鲸获得了奖品。它可以在没有呼吸的情况下游泳长达两个小时。

除了缺乏可呼吸的空气外，海洋中最不适宜居住的因素是极端寒冷。很少有阳光穿透水面，即使在相对较浅的深度，温度也可能降至冰点以下。为了应对这种刺骨的寒冷，鲸鱼长出了厚厚的一层冰鲸脂在他们身体周围。

鲸脂，一层储存脂肪在鲸鱼的皮肤下和肌肉上方，起着毯子的作用，以吸收鲸鱼的体温。在寒冷的季节，这层隔热层是唯一能防止鲸鱼冻死的东西。鲸鱼还利用鲸脂储存能量以备将来使用。一些物种会在食物充足的半年内大量进食，并在剩下的时间里禁食这一年，他们靠自己的脂肪层生活。

海洋生物的一个不太明显的困难是睡个好觉睡觉．由于鲸鱼必须做出有意识的呼吸决定，它们不可能完全失去意识。他们可能无法及时醒来呼吸!海洋生物学家已经确定，鲸鱼通过只让一半的大脑一次睡一次。这样，鲸鱼就不会完全失去意识，但它仍然能得到它需要的所有休息。

我们不能确定这种休息状态是什么感觉，但最有可能的是，它类似于我们开始入睡时所经历的半意识状态。我们几乎处于无意识状态，但如果需要，我们对周围环境有足够的意识，可以完全醒来。看到鲸鱼并不罕见日志记录它沿着水面缓慢地游动，几乎不动。据推测，鲸鱼在休息时也会这样做。

海洋生物的另一个问题是水压．因为拉力重力，水在较低深度施加的压力比在较高深度施加的压力大；基本上，你会感觉到你上方所有水的极端重量。人类和其他陆地哺乳动物只能游到相对较浅的深度，然后压力增加才会压碎他们的身体。这是因为哺乳动物肺部携带的空气只会产生压力一定量的外部压力（来自身体内部的压力）。当肺部向外的压力与水向内的压力之差增大时，身体两侧会受到更大的力。在某一点上，这种力超过了胸腔的结构完整性，胸腔就会塌陷。显然，这会杀死一个人。

鲸鱼能够承受这种压力，因为它们的身体更灵活。它们的肋骨被松散的、可弯曲的肌肉所束缚软骨这样胸腔就可以崩溃在某种程度上，在高压下很容易折断我们的骨头。鲸鱼的肺在压力下也可以安全塌陷，这可以防止它们破裂。当肺萎陷时，里面的空气被压缩，保持内外压力的平衡。这些适应性对抹香鲸，它们潜入7000英尺(2133.6米)或更深处，捕食生活在这些深处的巨型乌贼。

除了适应海洋生物的艰苦条件，鲸鱼也适应充分利用其丰富的资源。在下一节中，我们将看看帮助鲸鱼捕捉猎物的一些显著特征。

所有75种鲸鱼都是食肉动物，但它们的捕猎方法差别很大。齿鲸，例如抹香鲸和虎鲸(或虎鲸)，以与相同的基本方式狩猎鲨鱼．它们有一排坚硬的牙齿，它们会撕裂猎物或整个吞下去。许多齿鲸只吃小鱼和其他容易捕获的猎物。另一方面，逆戟鲸可能攻击海狮、海豹甚至其他鲸鱼。就像狼、北极熊和其他陆地掠食者一样，它们跟踪并跟踪猎物，选择一个较弱的目标(比如婴儿)座头鲸）.虎鲸和其他物种通常成群捕猎，有时会围绕着它们的猎物。尽管有这些倾向，逆戟鲸和大多数其他齿鲸物种对人类的威胁很小。事实上，许多物种似乎都喜欢与人类为伴。

这些猎人中的一些已经发展成为回声定位能够帮助它们找到猎物并找到任何障碍物。回声定位是一个非常简单的概念：鲸鱼从嘴巴或头部器官发出一系列咔哒声（或其他声音），声波在周围的水中传播。当声波到达障碍物或其他动物时，它们会从障碍物或其他动物身上反弹回来，然后传播到鲸鱼身上。水传导声音很好，鲸鱼的声音也很好听力因此，即使是几英里外的物体发出的最微弱的回声，它们也能接收到。

在水压恒定的体积中，声音总是以相同的速度传播。通过处理回声返回所需的时间，鲸鱼可以计算出声波传播的距离，从而确定物体的距离。像大多数动物一样，鲸鱼有两只耳朵，分别长在头部的两侧。这让他们可以确定声音的方向。如果声音先到达右耳，且在右耳中声音稍大，则声源在右侧;如果它先到达左耳，就在左边。在黑暗的海洋世界中，鲸鱼必须主要通过声音来感知环境。鲸鱼大脑中处理听觉信息的比例要比处理视觉信息的比例大。(在人类身上，情况正好相反。)

回声定位主要发现于齿鲸，如海豚和抹香鲸，而不是它们没有牙齿的近亲。这个toothless-whale集团——包括座头鲸、蓝鲸和许多其他物种——拥有一种独特的进食适应能力，称为巴伦．鲸须是在鲸嘴里的一块宽板，由成百上千的长而须边的叶片组成角蛋白——和我们指甲里的物质一样。这些叶片形成了一个筛子，鲸鱼用它来过滤小动物，比如磷虾，浮游生物还有小鱼——从海水中。由于这种独特的特性，无牙鲸通常被称为须鲸．

须鲸有两类，它们使用筛子的方式不同。撇油器张开嘴向前游，边游边抓鱼、甲壳类动物和浮游生物。在它们过滤了大量的水之后，它们会把所有的食物都敲松，然后整个吞下去。吞咽器吸一口水，然后把舌头向前推，通过鲸须把水吐出来，从盘子里抓住任何猎物。尽管须鲸体型庞大，但它们的喉咙通常非常小，只有几英寸宽。这就是它们吞食磷虾和其他小型生物的全部所需。

因为须鲸为它们的食物许多人认为，鲨鱼不是用锋利的牙齿撕咬猎物，而是被动的狩猎者，只是张着嘴在海里游弋，抓住任何挡路的东西。但事实上，大多数须鲸会寻找食物集中的地区，它们可能会使用多种策略来捕捉猎物。例如，座头鲸用一种泡泡网．当座头鲸在海面附近找到一群鱼时，它会在鱼的下面绕圈游动，从气孔中释放空气。这就在学校周围形成了气泡柱，所以它们被包含在一个小区域内。然后鲸鱼从下面冲上来，用它的鲸须捉住鱼。座头鲸靠近鲸鱼时也会发出一声尖叫，显然是为了迷惑猎物。

座头鲸和其他种类的鲸鱼可以发出各种各样的声音，它们用这些声音远距离交流。在下一节中，我们将探索鲸鱼发出的噪音，并找出这可能意味着什么鲸鱼情报．

在过去的一百年里，世界对鲸鱼的态度发生了巨大的变化。这种动物不再像《白鲸记》中那样被视为可怕的生物，而全球范围内的保护行动也大大减少了捕鲸活动。通过广泛的观察，科学家们已经证明，鲸鱼通常是和平的、爱玩的动物，而且它们拥有高水平的智力。今天，鲸鱼对我们来说似乎很熟悉，而在过去，它们是可怕的陌生人。

但即使是现在，鲸鱼仍然是一个谜。鲸鱼研究人员收集的大量信息使人们对鲸鱼产生了新的困惑。鲸鱼通信这尤其令人困惑。雄性座头鲸（也称为公牛)，最会发声的鲸鱼，会发出低呻吟声、高尖叫声和咔嗒声的复杂序列．这些声音有时被合并在一起歌曲持续30分钟之久。令人震惊的是，鲸鱼会一遍又一遍地重复这些歌曲。在一个特定的区域，每只雄性都会唱同样的歌，每隔一段时间就会做出小小的改变，这样就会随着时间的推移演变成完全不同的歌。

这种行为似乎与繁殖．在交配季节，雄性座头鲸开始长时间的鸣叫，只是为了加入路过的雌性鲸鱼(也被称为牛)陪伴着她和她的小牛一起游泳。最终，牛和牛可能会潜入海洋深处，大概是为了交配。雄性座头鲸的鸣叫声似乎与鸟类为吸引配偶而展示的明亮羽毛相似，只是鸣叫声能传播数英里，吸引该地区的任何其他雄性座头鲸。很奇怪，一个男性会把自己的竞争对手称为自己的对手，除非他真的想和别人较量。一些鲸鱼研究人员认为，这些歌曲实际上是力量的声学竞赛，类似于公羊撞头，或鹿撞鹿角。

鲸鱼不像我们一样发出声音。我们的声带系统在水下不能很好地工作。相反，鲸鱼通过在鼻孔前面移动吸入的空气．在齿鲸中，发声系统涉及到脂肪组织的复杂排列。在抹香鲸和海豚中，这些声音结构是如此之大，以至于它们形成了一个发音前额的球根状．科学家们仍然不清楚鲸鱼的声音是如何产生的，但他们知道它不同于我们在动物王国里遇到的任何其他东西。

座头鲸和大多数其他物种每天都会发出各种各样的声音。在许多物种中，鲸鱼似乎彼此之间形成了紧密的联系，它们的叫声可能有助于让它们的同伴鲸鱼知道它们在哪里以及它们在做什么。水是一种很好的传导声音的液体，鲸鱼的叫声非常响亮，因此它们可以在数百英里甚至数千英里的范围内相互交流。鲸鱼专家担心船只造成的噪音污染，海上钻井海洋中的其他人类活动淹没了这些呼叫，使鲸鱼的远程通信系统关闭。

我们仍然不知道鲸鱼之间到底在说什么，但一些研究人员相信鲸鱼拥有复杂的语言能力。鲸鱼有很大的翅膀大脑生物学家认为，复杂褶皱与更高的智力有关，但它们的能力究竟有多大尚不清楚。许多物种在圈养和野外都表现出高度智能的行为，学习复杂的任务并展示出高级的解决问题的技能。

鲸鱼也有很好的记忆力，这在它们身上很明显迁移模式．在下一节中我们将看到，鲸鱼个体似乎记得沿着海岸和整个海洋的特定点，年复一年地回到相同的选择觅食点。

鲸鱼行为中最有趣的一个方面是它们的行为。迁徙习惯．太平洋上的座头鲸会在美国海岸上下游，然后游到夏威夷，再回到原来的地方食物-富裕地区年复一年。它们往往随着季节的变化而迁移，在寒冷的月份利用靠近赤道的温暖水域，在温暖的月份利用北极食物过剩的优势。大多数鲸鱼物种不会定期穿越赤道，因此在北半球和南半球可能会有不同种类的鲸鱼。

科学家们以多种方式研究鲸鱼的迁徙。在许多物种中，鲸鱼有尾巴上有明显的斑点，这使研究人员能够识别特定的鲸鱼，并跟踪目击情况，以了解鲸鱼旅行的地点和时间卫星标签, cigar-sized无线电发射机沟通卫星来追踪鲸鱼的位置研究人员用一种基本的十字弓将带刺发射器嵌入鲸鱼的背部。由于鲸脂很厚，而倒钩又很小，所以鲸鱼不会被击中。

发射机显示，一些鲸鱼的迁徙距离比科学家之前估计的要远得多。研究人员已经追踪到座头鲸在短短几周内游了数千英里，从北纬高纬度游到赤道高纬度，然后又游回来。雄性抹香鲸似乎是孤独的流浪者，在海洋间穿梭，没有特定的模式。一只抹香鲸可以很容易地游过整个鲸鱼群地球在它70年的寿命里。

在大多数其他鲸鱼物种中，迁徙与繁殖．一般来说，雌性鲸鱼(母牛)在秋天或冬天交配，那时它们在温暖的水域，并在一年左右后在同一地区生产。在夏天，在交配和出生之间，母牛会利用北方寒冷水域的丰富食物资源。这就积累了母牛哺乳小牛所需的能量。

鲸鱼幼崽一出生就可以游泳，出生后很快就会浮出水面呼吸，但它们需要大量的培育才能独自冒险。根据物种的不同，鲸鱼在与其他幼鲸一起长时间玩耍之前，可能会在母亲身边呆上一年或更长时间。在这段时间的大部分时间里，小牛只靠母亲的乳汁生存。奶牛有两个乳头，通常隐藏在鲸鱼腹部后面靠近尾巴底部的缝隙中。鲸鱼奶特别丰富，能在短时间内给小牛足够的营养，让它们长到完整的体型。一头小蓝鲸每天喝50加仑（189升）的牛奶，每小时长10磅（4.54公斤）。当然，蓝鲸幼崽一开始就不是虾。一头新生的小牛从头到尾可能有25英尺（7.62米），体重通常超过一头成年非洲象。

由于大多数鲸鱼的妊娠期和饲养期都很长，而且哺乳期也很长，奶牛每2到4年才产一次。这种缓慢的繁殖率意味着任何大规模捕鲸都可能对鲸鱼种群产生有害影响。

在下一节中，我们将看一看鲸鱼表演的令人着迷的杂技壮举——突破。

鲸鱼是动物界最引人注目的行为之一违反．在这场令人瞠目结舌的杂技表演中，重达数吨的鲸鱼在水下形成足够的速度，使自己跃出海面，在空中扭动，然后向后坠落，产生巨大的飞溅。

鲸鱼研究人员仍然不确定鲸鱼为什么会这样，但他们有很多猜测。这可能是人们习惯了巨大的溅水声交流与其他鲸鱼，特别是当有很多其他噪音的水下。另一个想法是鲸鱼正试图去除甲壳动物和其他附着在身体上的寄生虫．一些研究人员认为，突破可能是展示实力它可以在其中发挥一些作用求爱仪式．最受欢迎的观点之一便是鲸鱼玩家只是为了好玩。最有可能的情况是，违规行为有许多不同的目的，这些目的因物种和情况而异。

在下一节中，我们将讨论鲸鱼和海豚之间的区别。把它看作是解释同一个家族中两个表亲之间的差异。

在某些情况下，科学家使用这个术语鲸鱼按顺序描述所有动物鲸目动物。这包括大型物种，如座头鲸和蓝鲸，以及较小的物种，如瓶鼻海豚。大多数时候，人们只用“鲸鱼”这个词来描述较大的鲸类，而将较小的鲸类动物称为海豚或鼠海豚。

组成家庭的海豚海豚科是一种齿鲸，其特征是体型相对较小，头部呈球状，吻部具喙。逆戟鲸和领航鲸也包括在这个家族中，尽管它们体型更大，喙也不那么明显。海豚，家族成员鼠海豚科是一种小型齿鲸，头部圆而不是喙状。

在下一节中，我们将探索捕鲸和保护鲸鱼的历史，看看鲸鱼和人类之间的关系是如何在这些年中演变的。

在过去，人类与鲸鱼的主要接触是捕猎它们。在一些文化中，鲸鱼肉是主要的食物资料来源可以追溯到史前时代。鲸鱼是非常珍贵的猎物，因为像长毛猛犸象或野牛一样，一次捕杀就产生了数量惊人的肉。但到了18世纪，当世界范围内的捕鲸活动真正兴起时，人们的注意力已经从肉类转移到从鲸脂中提取丰富的油。由于鲸油是世界上许多地方的主要灯油，因此从18世纪到19世纪，鲸油一直是大生意。

在这个时代，鲸鱼巴伦也非常珍贵。角蛋白物质，一般称为鲸须，结合了强大的力量和灵活性。这些品质使其成为各种产品的理想选择，包括女士紧身胸衣、马匹和雨伞。刻有铭文和装饰的鲸牙也很受欢迎，特别是在上流社会中。

这段时间捕鲸的激增对许多鲸鱼物种产生了深远的影响。由于鲸鱼每年只繁殖一次，或者对许多物种来说，每隔几年才繁殖一次，它们被过度捕猎所摧毁。一头母鲸的寿命可能为50年或更长的时间，在此期间会产下几十头幼鲸，因此，即使失去一头母鲸，也会对整个鲸群产生深远的影响。此外，鲸鱼数量的减少破坏了海洋的生态平衡，导致许多地区的磷虾过剩，这可能导致其他以这种生物为食的物种的数量激增。

随着鱼叉枪的发明和蒸汽动力船的速度和机动性的提高，捕鲸者可以瞄准以前躲过他们的狡猾物种。这一点，加上鲸油化妆品的日益流行，导致了19世纪末和20世纪初前所未有的捕鲸时期。到了20世纪40年代，很明显一些鲸鱼物种濒临灭绝。为了确保捕鲸业的未来，主要捕鲸国于1946年联合起来，并签署了国际捕鲸公约．作为协议的一部分，各国建立了国际捕鲸委员会这是一个独立的组织，负责研究鲸鱼数量和规范捕鲸行为。

多年来，鉴于有新的证据表明鲸鱼数量仍在减少，该委员会对捕鲸行为制定了更严格的规定。1986年，该委员会在全球范围内颁布了一项暂停捕鲸的禁令，因为任何大规模的捕鲸都可能导致物种灭绝。今天，该委员会只允许某些土著文化的小规模狩猎和科学目的的狩猎。一些国家，尤其是日本和挪威，继续允许商业捕鲸，声称他们只是在控制区域内的鲸鱼数量。

根据这些规定，许多鲸鱼物种已经从灭绝的边缘反弹回来，但其他物种，如露脊鲸美国仍处于严重危险之中。据鲸鱼保护组织称，这些物种的生存取决于更严格的捕鲸规定和更警惕的打击非法捕鲸行动。如果这些保护工作成功了，濒临灭绝的鲸鱼物种将有机会重新增加它们的数量，并在接下来的5000万年里继续主宰海洋。