黑暗深淵的呼喚
大型海洋捕食者經常潛入寒冷和黑暗的水深。但是他們為什麼要這樣做，他們在那裡做什麼？科學記者 Stephanie Payne 在 Knowable Magazine 的一篇文章中解釋了動物本身如何幫助生物學家解決這個問題。
馬爾地夫淺水區的鯨鯊
只能用一個詞來形容：難以形容。「這是無法用語言表達的驚人感覺之一，」生態學家西蒙·托羅德說。他試圖解釋潛入海洋為世界海洋中最大的魚鯨鯊貼上標籤是什麼感覺。「每次我感到腎上腺素激增時，」他說。一方面，這是一項科學任務。但另一方面，這是一種人類的興趣，一種對自然和巨大動物的敬畏感。」
鯨鯊是伍茲霍爾海洋研究所（美國馬薩諸塞州）的托羅德和他的同事在科學工作中使用的幾類海洋動物之一。電子標籤的魚，包括感測器、跟蹤設備，有時還包括微型相機，在人類難以進入的地方收集有價值的信息。在他們的幫助下，科學家們了解了穿越海洋的奇妙旅程，以及海洋捕食者經常進行深海潛水。
許多人潛入數百米，有時甚至數千米，潛入冰冷和缺氧的深處，那裡除了發光的生物體閃爍外幾乎沒有光，那裡的壓力如此之大，以至於一些動物可能會死於彎曲病當它們浮出水面時。
為了能在這樣的深度感到自在，潛水物種已經獲得了許多有用的適應性，例如厚厚的脂肪層、充當熱交換系統的血管、塌陷（即體積大大減少）的肺、儲存氧氣的肌肉高效，過敏的眼睛，等等。但是，是什麼讓捕食者獲得了這些奇妙的適應？
對於大多數生物學家來說，答案是顯而易見的：對食物的需求。然而，事實證明，這非常難以證明。經過幾十年的研究，科學家們收到了大量間接證據，表明大型捕食者潛入深處正是為了獵物。但迄今為止，只有一種大型哺乳動物的狩獵可以直接觀察到。北象海豹 ( Mirounga angustirostris ) 憑藉其鬍鬚、深海魚和魷魚作為次要角色的一系列短片，已成為某種超級明星。
與此同時，豐富的食物遠非深海唯一吸引人的一面，托羅德說。動物的行為很不一樣：有的一個小時潛水很多次，有的只是偶爾潛水。大多數潛水到 200-1000 米的深度，在一個稱為中層或黃昏的區域；其他人更深入。有快速潛水和同樣的快速上升，也有長而慢的潛水。「同一個人在不同時間進行不同類型的潛水這一事實，」托羅德說，「清楚地證明了他們有不同的目標。」 關於這些目標是什麼有幾個假設。在光線昏暗的寒冷深處，您可以躲避捕食者，為身體降溫，尋找導航的地標；深水甚至可以成為長距離的通信渠道。「所有這些想法都在測試中，」托羅德說。- 沒有一個選項被排除，它只意味著很多遠洋動物尚未得到充分研究。
拼貼畫：? Oleg Sendyurev。照片：Kanko* (cc by), Citron (cc by-sa 3.0), NOAA, USFWS, Elias Levy (cc by), Gabriel Barathieu (cc by-sa), B.navez (cc by-sa), FGBNMS /埃克特，哈特拉斯角國家海岸，生物多樣性遺產圖書館
歡迎來到深海餐廳
深海潛水幾乎是所有類型的海洋脊椎動物都固有的——包括大型硬骨魚（如金槍魚或箭魚）和軟骨魚（鯊魚和鰩魚）。呼吸大氣的動物也是如此——企鵝、海龜、齒鯨和海豹；他們都能夠一口氣達到相當大的深度。
大多數人進入暮光區，從上面落下的光線幾乎消失了。一些人潛入午夜或深海區域的黑暗中 - 一個深度為 1000 至 4000 米的區域。今天，居維葉喙潛水員被認為是破紀錄的潛水員：2014 年，在南加州海岸外，被標記的動物達到了 2992 米的深度。魚類中的記錄屬於鯨鯊，它在 2010 年在墨西哥灣暴跌至 1928 米。
此前，生物學家甚至沒有懷疑海洋深處隱藏著什麼樣的財富。在 19 世紀，人們認為稀有生物生活在 500 米以下。然而，在 1940 年代，美國海軍聲納發現了聲音散射層，這是一個有許多中層生物的區域。這個富含食物的層上下移動：晚上，魚和微小的無脊椎動物遷移到地表覓食，白天則退回到更安全的深度。
暮光之城變成了一個出人意料的豐富食品儲藏室，裡面充滿了奇異的果凍狀生物、多肉的魷魚、營養豐富的發光鳳尾魚和被認為是地球上數量最多的脊椎動物。1980 年，研究漁網內容物的魚類學家估計，全球中層魚類的生物量為 10 億噸。2014 年，海洋聲學研究給出的數字高出十倍。
生活在午夜帶寒冷深處的生物數量尚未估計，但在大西洋中脊地區的研究發現，這些地層中有更多潛在的獵物。「如果有這麼多的生物質，那麼潛入那裡尋找食物是有意義的，」托羅德說。直到最近，深度覓食的證據都是間接的。在金槍魚、箭魚和藍鯊的胃中發現了中層魚類、魷魚和甲殼類動物；抹香鯨的胃裡有深海魷魚難以消化的喙，包括巨型Archieuthis. 對標記動物的研究一直表明，捕食者和獵物同時在同一個地方存在。他們還指出，當潛在的獵物遷移到下面的區域時，大型魚類和哺乳動物會定期潛入聲音散射層並在白天下沉得更深。一些金槍魚和箭魚準確地跟蹤獵物的日常活動。
漁夫與新鮮捕獲的金槍魚
隨著更高級標籤的發展，生物學家正在更詳細地了解動物為何會進入海洋深處。連接在鰭、腳蹼、頭部和頜骨上的巧妙技術設備可以收集和存儲廣泛的科學數據長達數月之久。帶有壓力、溫度和光感測器的標籤使研究人員能夠重建動物在水中的運動，並跟蹤潛水的深度和性質。近年來，出現了記錄頭部轉動的加速度計、記錄下顎運動的感測器、水聽器，甚至是僅在正確的時刻才打開的攝像機。
讓你的頭保持寒冷
有關海洋動物飲食習慣的一些信息來自最意想不到的來源，例如智利鷹鰩Mobula tarapacana，這是一種「翼展」近四米的巨型魚類。這些射線經常在地表水中觀察到，它們在那裡曬太陽。
為了更多地了解他們的生活方式，托羅德和他的同事進行了兩次遠征亞速爾群島，每年數月， Mobula tarapacana都會在愛麗絲公主海山附近大量聚集。該團隊在 2011 年和 2012 年分別標記了 4 條黃貂魚和 11 條。這些標籤記錄了這些魚的行為五個月，之後將數據發送到伍茲霍爾。
結果令人印象深刻：黃貂魚不僅以驚人的速度行駛了數千公里，而且還沉入了 1000 多米的水下。深度記錄為1896米。喜歡陽光、生活在水面的黃貂魚原來是深潛魚，一切都表明它們是被豐富的食物吸引到深處的。
通常斜坡被分階段淹沒。「它們下降到一定深度，放慢速度，上升一點，再放慢速度，等等，」托羅德說。「如果你看一下聲納，它們會停在食物層薄而密的地方。我們無法確切地看到他們在做什麼，但這一事實強烈表明他們在那裡獲得食物。
這就解釋了為什麼Mobula tarapacana 會在腦腔中形成發達的血管網路，類似於一些深海鯊魚。它起到熱交換系統的作用，防止大腦體溫過低。長期以來，生物學家一直想知道為什麼魚類需要它，因為它生活在陽光溫暖的海洋上層。「這進一步證明射線在深處覓食，需要在冷水中保持大腦和感官活躍，」托羅德說。
根據托羅德的說法，日光浴有助於在潛水之間熱身。
被標記的鯊魚的行為也表明它們在深處尋找獵物。我們對鯊魚的大部分知識來自對沿海水域的研究，但許多鯊魚物種在公海中遷徙很遠。遠離充滿海豹的海岸，獵物變得更加稀少和分散。大鯊魚如何找到食物？
研究表明，他們中的一些人正在使用一種聰明的策略來獲得海洋最大的食物來源。兩條大白鯊和 15 條藍鯊在北大西洋漫遊的記錄表明，它們使用從墨西哥灣流中分離出來的大量水。墨西哥灣流北部邊緣的漩渦從南部吸收溫暖的水。從其南緣形成的渦流含有冷水。白鯊和藍鯊都喜歡溫暖的漩渦。
聲學研究表明，暖渦中的中層獵物密度較高。在異常溫暖的水域中，在數百米長的區域中，鯊魚可以覓食更長的時間。在溫暖的漩渦中，鯊魚可以獲得更深的食物。
聲音和視頻
動物不僅被標記，而且被標記為附加特徵，提供了最令人信服的證據，表明海洋捕食者專門開發了極端潛水來獲取豐富的食物來源。
在短鰭領航鯨（Globicephala macrorhynchus）的情況下，使用了錄音設備。在捕獵時，這些海豚會發出咔噠聲並傾聽它們如何從獵物發出回聲。當研磨接近目標時，咔嗒聲如此迅速地相互跟隨，以至於它們合併成噼啪聲。拉拉古納大學（西班牙加那利群島）的海洋生物學家 Natasha Aguilar de Soto 決定在潛水時竊聽海豚，並為 23 個人安裝了錄音標籤。
海豚潛入最大深度 1019 米，點擊即走。在最深處，咔噠聲變成了噼啪聲——這意味著海豚即將發動攻擊。在最深的潛水中，在噼啪作響之前，研磨產生了強烈的衝擊。Aguilar de Soto 認為它在追逐難以捉摸的獵物，大到足以浪費他肺部最後的氧氣。它可能是有鱗的格里馬爾迪魷魚（長到一米加上觸手）或巨型魷魚（長達 10 米或更長）。
狩獵的聲音是一個令人信服的東西，但還沒有證明。「我們需要親眼目睹捕食者在深處做什麼，」托羅德說。與此同時，生物學家不得不滿足於北象海豹拍攝的電影片段。
生活在 Agno Nuevo Park（美國加利福尼亞州）的一個群體中的雌性北方象海豹已成為科學家的優秀助手。加州大學聖克魯斯分校的生物學家已經在那裡進行了半個多世紀的研究。A?o Nuevo 象海豹具有易於接近的優勢：該物種在冬季登陸以生育和交配，並在春季或夏季蛻皮。
在此期間，雄性留在沿海水域，而雌性則穿越數千英里穿越太平洋並再次返回，沿途不斷進行深海潛水。海豹比大白鯊更容易標記，特別是因為當地經驗豐富的獸醫隨時準備提供幫助。「它仍然很危險，」日本生物學家 Taiki Adachi 說，他已經與海豹一起研究了十多年，隸屬於加州大學。「這些動物體型大且具有攻擊性，尤其是在繁殖季節，此時雌性保護它們的幼崽，而雄性保護它們的後宮。」
阿達蒂最近報道說，遷徙的雌性每天潛水超過 20 小時。「它們大多潛入 400 到 600 米的深處，那裡有很多小魚，尤其是發光的鳳尾魚，它們富含脂肪，」他說。有時它們會更深，800 米或更深。該物種的最大潛水深度為 1735 米。
足立的同事、日本國立極地研究所的內藤康彥開發了一種巧妙的下頜運動感測器，可以記錄象海豹在水中捕捉獵物的企圖。一個連接到下頜的裝置記錄了每天 1,000 到 2,000 次這樣的嘗試。然而，內藤的另一項創新是決定性的：貼在動物下巴或頭部上的智能視頻標籤。相機和閃光燈僅在深度和大象做出攻擊特徵的動作時才會啟動。該系統充分利用了有限的電池電量。
加利福尼亞州聖馬特奧縣 Agno Nuevo 州立公園海灘上的雌性北方象海豹
2017 年發布的第一張象海豹自拍照片展示了一隻海豹試圖在 800 米深的地方捕魚。這 21 張模糊的圖像顯示了後來被確定為大型深海碎布魚的部分。在幾頭配備攝像頭的大象的幫助下，該團隊最終從 240 米到 1000 多米的深處獲得了 48 小時的鏡頭，記錄了近 700 次攻擊。事實證明，圖像質量足夠高，不僅可以確定獵物的類型，而且在某些情況下還可以確定物種。它包括一條發光的小鳳尾魚、一條碎布魚和各種無須鱈，以及六種不同的魷魚。
更安全的地方
但有證據表明，動物潛水不僅僅是為了食物。潛水，尤其是深潛，還有其他用途，例如逃離強大的捕食者。
以黃鰭金槍魚（Thunnus albacares）為例，它大部分時間都在不到 200 米的深度度過。2020 年，馬薩諸塞大學波士頓分校的生物學家 Tim Lam 報告說，他在夏威夷附近標記的 17 條金槍魚中有 6 條遇到了捕食者。四人潛入深處 - 其中三人約 1000 米 - 然後失去了他們的標記。Lam 認為，這可能是因為金槍魚正在大力移動以試圖逃跑。第五條金槍魚從134米急劇下降到1592米，這個挺舉也被解讀為企圖逃離敵人。到了地表，他似乎很緊張，在上層呆了一整天才回過神來。
一條金槍魚未能逃脫：其標記的數據顯示，它到達了 326 米的深度，之後一切突然變暗，環境溫度升高，可能是因為它最終落入了小型虎鯨或短鰭的胃中領航鯨。
顯然，象海豹也利用陰暗的深處逃離敵人。Agno Nuevo Elephant Seal Program 成員、環境生理學家 Roxana Beltran 說，鯊魚和虎鯨的近海襲擊被認為是最常見的死亡原因。「但我們看到很多它們帶著新鮮或舊的鯊魚咬傷上岸，所以顯然有可能躲避捕食者。」
一種方法是向下。十多年前，當一個新標籤正在測試時，密封件這樣做的第一個跡象是。作為水下噪音影響研究的一部分，俄勒岡州立大學的生物聲學家 Selena Fregosi 為 A?o Nuevo 的年輕象海豹配備了一個原型聲音標籤，以觀察海豹對它們的反應。播放列表包括回聲定位點擊和虎鯨和抹香鯨的口哨聲。如果海豹已經在下潛，那麼這些聲音會使它加速；如果他浮出水面，他會立即轉身潛入更深的地方，有一次幾乎是原來深度的兩倍。
貝爾特蘭和她的同事去年報告說，象海豹不僅從掠食者那裡逃到黑暗中，而且還在那裡休息。它們會在進食後短暫休息並漂流 10-20 分鐘。貝爾特蘭發現他們更喜歡在幾百米深的地方休息。大象越胖，為了安全起見，它們下潛得越深。
潛水還有什麼其他原因？
導航需求。幾乎所有大型海洋捕食者都會不時進行長距離遷移。眾所周知，一些物種，包括鯊魚和海龜，能夠感知地球磁場發出的信號，感知其強度梯度和由地質物體（如海山）產生的異常。「能感覺到這一點的動物可以潛得更深，信號更強，」托羅德說。棱皮龜只有在長途遷徙時才會進行極端潛水。這表明他們以這種方式檢查他們是否在正確的道路上。加利福尼亞灣的雙髻鯊被認為是利用當地的磁性「地形」找到往返海山的路。
科科斯島附近的雙髻鯊學校（哥斯大黎加）
還有一個動物潛水降溫的例子。大西洋藍鰭金槍魚每年都會在溫帶的寒冷水域中度過幾個月。它已經開發出一種保持身體溫暖的有效方法，但它在亞熱帶墨西哥灣產卵，那裡的溫暖變得多餘。為避免過熱，進出海灣的金槍魚在 500 米以下下潛，產卵期間不要升至 200 米以上。
最後，大海的深處是交談的理想場所。在從幾百米延伸到一千米深的區域中，聲音傳播的距離更遠。在這個區域，藍鯨和長鬚鯨的聲音估計在 1,700 公里的距離內都能聽到，但不知道它們是否專門為了交流而去那裡。
「儘管在過去的 20 年裡我們已經掌握了所有可用的技術，但我們仍然不知道很多東西，」Torrold 說。許多技術想法正等待實施。Torrold 及其同事正在測試一種原型標籤，該標籤可以更準確地定位水柱中的動物。還希望有能夠從海上數月獲得的大量材料中立即選擇相關數據的標籤。
但生物學家的願望清單上最重要的是小型智能相機。如果象海豹可以拍電影，為什麼其他大型食肉動物不能這樣做呢？「我們需要足夠小的相機來安裝在金槍魚、鯊魚或箭魚身上，」托羅德說。「它們需要體積小但解析度高，能夠在低光照水平下運行，並在動物穿越廣闊的海洋的長途旅行中記錄數據。」
總之，最好看一次。誰不想觀看大白鯊的家庭視頻呢？
