本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

海潮天下·導(dǎo)讀

一項(xiàng)發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）的研究，首次用高分辨率追蹤數(shù)據(jù)證實(shí)，包括海龜、企鵝和鯨魚在內(nèi)的多種海洋遷徙動(dòng)物，在非覓食的長途旅行中遵循著一套精確的“節(jié)能法則”——它們并非在水面游動(dòng)（以避免產(chǎn)生浪費(fèi)能量的表面波浪阻力），也不是潛入深海；而是默契地選擇在水下約2~3倍于自身體徑的深度行進(jìn)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了跨物種的能量優(yōu)化通用原理，糾正了以往因設(shè)備精度限制而忽視淺層潛水?dāng)?shù)據(jù)的偏差，為制定保護(hù)遷徙物種的海洋政策提供了科學(xué)依據(jù)。

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出品 | 海潮天下

我們都知道，海洋里的動(dòng)物有很多種類，其中有些是哺乳動(dòng)物，比如鯨魚和海豚；有些是鳥類，比如企鵝；還有一些是爬行動(dòng)物，比如海龜。這些大大小小的海洋動(dòng)物的生活習(xí)性，跟我們?nèi)祟惡懿煌?，它們在水中的運(yùn)動(dòng)方式也和我們想象的很不一樣。尤其是在遷徙的過程中，它們會(huì)游得非常遠(yuǎn)，而且要克服許多挑戰(zhàn)。在這樣的旅途中，如何節(jié)省能量呢？這就成了一個(gè)關(guān)鍵問題。一項(xiàng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象：這些海洋動(dòng)物在不覓食的時(shí)候，都會(huì)選擇一個(gè)特定的游泳深度，這個(gè)深度能幫它們節(jié)省能量、并減少不必要的阻力。

首先，我們得了解一下，為什么海洋動(dòng)物在游泳時(shí)，需要特別注意能量的使用。

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▲上圖：水平遷徙的“節(jié)能深度”理論模型。圖示揭示了水面波浪阻力對(duì)游泳效率的影響：(A)即使是奧運(yùn)選手，在水面游泳時(shí)也會(huì)因產(chǎn)生波浪而浪費(fèi)能量；(B-C)拖曳實(shí)驗(yàn)與活體測試（海豹及人類）證實(shí)，當(dāng)潛游深度達(dá)到自身體徑的2至3倍時(shí)，波浪阻力降至最低，能耗最優(yōu)。該理論表明，對(duì)于僅以水平移動(dòng)為目的的海洋動(dòng)物（如哺乳類、鳥類和爬行類），最佳策略并非浮于水面或深潛，而是保持在這一特定的淺層深度行進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)長途遷徙的能量最大化利用。論文出處：Kimberley L Stokes, et al.

大家想象一下，如果你在水中游泳，你肯定能感覺到水的阻力。無論是水流的力量，還是水面上的波浪，都需要付出一定的力量來克服它們。

而對(duì)于那些長時(shí)間遷徙的動(dòng)物來說，每次游泳都需要消耗大量的能量。如果沒有采取一些有效的方式來減少這種能量消耗，它們可能就無法完成長途跋涉，最終可能會(huì)面臨無法生存的困境。所以，如何節(jié)省能量，成為這些海洋動(dòng)物在遷徙過程中的“重要課題”?，F(xiàn)在我們來說說這項(xiàng)研究的細(xì)節(jié)?？茖W(xué)家們動(dòng)用了三維追蹤技術(shù)，跟蹤了多種海洋動(dòng)物的游泳深度。這些動(dòng)物包括企鵝、海龜?shù)?，它們在遷徙過程中，特別是長途旅行時(shí)，會(huì)根據(jù)自身的體型選擇一個(gè)適合的游泳深度。這個(gè)深度大約是它們身體長度的2~3倍。為什么是這個(gè)深度呢？科學(xué)家們通過物理學(xué)的原理解釋了這個(gè)現(xiàn)象。當(dāng)海洋動(dòng)物游泳時(shí)，如果它們在水面附近，波浪的產(chǎn)生會(huì)增加游泳的阻力。也就是說，水面上的波浪會(huì)讓它們消耗更多的能量。如果它們游得太淺，水面上不斷產(chǎn)生的波浪就會(huì)讓它們的身體在水中前進(jìn)變得更困難，消耗更多的能量。

卡塔爾海域的鯨鯊。攝影：卡塔爾海灣地區(qū)鯨鯊保護(hù)中心（RWSCC），王敏幹（John MK Wong）供圖 | | 海潮天下（Marine Biodiversity）（圖文無關(guān)）

所以，它們會(huì)選擇游到一個(gè)深度——這個(gè)深度能有效避開波浪的產(chǎn)生，同時(shí)還能減少垂直方向的距離，這樣就能節(jié)省能量。更有趣的是，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這種游泳深度的選擇并不是某一物種獨(dú)有的現(xiàn)象，而是跨越了多種海洋動(dòng)物——無論是企鵝、海龜，還是鯨魚、海豚，這些不同種類的動(dòng)物都會(huì)在遷徙過程中選擇類似的游泳深度。這讓科學(xué)家們非常驚訝——因?yàn)檫@些動(dòng)物的體型差異很大，從只有30厘米的小企鵝、到20米長的大鯨魚，它們的游泳深度竟然都遵循著相似的規(guī)律？！這就意味著，能量優(yōu)化的規(guī)律在這些物種中是普遍存在的，跨越了體型的差異，成為了它們共同的“節(jié)能”、“省力”策略。

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一頭虎鯨冒出水面。?攝影：王敏幹（John MK Wong）| 海潮天下（Marine Biodiversity）

說到這里，我們可能會(huì)有一個(gè)疑問，為什么這些海洋動(dòng)物不直接在水面上游泳呢？畢竟，水面上的游泳可能看起來比較輕松，似乎不需要太大的力氣。

但是，正如前面所說，水面上的波浪會(huì)給游泳增加很大的阻力。為了避免這種不必要的能量浪費(fèi)，海洋動(dòng)物會(huì)選擇游得稍微深一些，這樣能避開波浪的干擾，同時(shí)也能減少身體與水面之間的接觸，降低水流阻力，達(dá)到節(jié)省能量的效果。實(shí)際上，這項(xiàng)研究的成果并不是一蹴而就的?？茖W(xué)家們通過先進(jìn)的技術(shù)手段，精確地追蹤了這些動(dòng)物的游泳深度。比如，他們使用了高分辨率的深度加速度計(jì)，記錄了小企鵝和海龜游泳時(shí)的深度，誤差僅為1.5厘米。這些數(shù)據(jù)非常精確，幫助科學(xué)家們更好地理解動(dòng)物的行為。此外，科學(xué)家們還結(jié)合了衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)，跟蹤了綠海龜?shù)拈L途遷徙過程。通過這些數(shù)據(jù)，他們終于證實(shí)了這些動(dòng)物在遷徙過程中，確實(shí)會(huì)選擇一個(gè)合適的深度來優(yōu)化它們的能量使用。

海面下的一群海豚。?攝影：王敏幹（John MK Wong） | 海潮天下（Marine Biodiversity）

這個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，海洋動(dòng)物在遷徙過程中選擇的游泳深度，除了可以避開波浪，它還有一個(gè)重要的功能：減少垂直方向的距離。大家知道，海洋動(dòng)物在游泳時(shí)，先得克服水流的阻力，還需要克服垂直方向上的起伏。所以，如果它們選擇的游泳深度太淺的話，可能會(huì)導(dǎo)致更多的上下波動(dòng)、增加了能量的消耗。而如果它們選擇一個(gè)適中的深度的話，就能夠減少這些無謂的上下波動(dòng)，達(dá)到節(jié)省體力和能量的目的。

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▲上圖：一只游泳中的玳瑁。?Linda Wong 攝影 | 海潮天下（Marine Biodiversity）

因此，這種優(yōu)化深度的策略，實(shí)際上是兩全其美——既避免了波浪帶來的阻力，又減少了垂直方向的運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到了能量的最大化節(jié)省?？梢?，海洋動(dòng)物選擇合適的游泳深度來節(jié)省能量，是在遷徙旅程中生存下來、進(jìn)化出來的一種策略。這項(xiàng)研究揭示了海洋動(dòng)物的游泳深度規(guī)律，提供了保護(hù)這些動(dòng)物的新的思路。隨著氣候變化和人類活動(dòng)的影響，越來越多的海洋動(dòng)物面臨著生存的威脅，尤其是那些長時(shí)間遷徙的物種。如能更好地理解它們在遷徙過程中的能量需求，就可以為它們提供更合適的保護(hù)措施，減少人為干擾，讓它們得以順利完成遷徙。

海洋科學(xué)

（注：本文僅代表資訊或者作者個(gè)人觀點(diǎn)。不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。歡迎留言、討論。）

資訊源 | Kimberley L Stokes, et al.編譯 | 王海詩

編輯 | 海潮君

排版 | 盧曉雨

【參考資料】感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該研究的全文：
Kimberley L. Stokes, Nicole Esteban, Paolo Casale, André Chiaradia, Yakup Kaska, Akiko Kato, Paolo Luschi, Yan Ropert-Coudert, Holly J. Stokes, Graeme C. Hays. Optimization of swim depth across diverse taxa during horizontal travel. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (52) DOI: 10.1073/pnas.2413768121