Trăim într-un timp al uriașilor. Balenele sunt ambele cele mai mari animale vii și, în cazul balenelor albastre de 110 metri lungime, cele mai mari animale care au trăit vreodată pe planetă.

Dar balenele nu au fost întotdeauna gigantice. Până acum aproximativ 3 milioane de ani, înregistrările fosile arată că lungimea medie a balenelor era de numai aproximativ 20 de metri lungime. Erau mari, dar nu mare . Creșterea - și creșterea - liniilor care au dat naștere la cocoașe, balene cu pin și alte behemoti s-au întâmplat, în timp evolutiv, peste noapte.

Deci, de ce sunt balenele mari - și de ce sunt balenele atât de mari acum ?

Biologii speculează că această schimbare a avut loc din cauza alimentelor. La urma urmei, acum 3 milioane de ani, oceanele au dat naștere, de asemenea, la o abundență de genul de pradă pe care balenele mari sunt perfect potrivite pentru a sărbători.

Dar ce zici de balenele dințate, care trebuie să se scufunde pentru a găsi pradă bogată în calorii, cum ar fi focile și calmarul? Este dimensiunea lor - care este, în general, mai mică decât balenele cu balene, cu excepția cazurilor cu cachalota - determinată în mod egal de hrana lor?

mari
O vedere de la o cameră atașată la o etichetă în timpul unui eveniment de hrănire a balenelor albastre. Credit: permis NMFS 16111

Acum, cercetătorii care au analizat datele din hrănirea evenimentelor a o duzină de specii de balene diferite cred că au confirmarea matematică. Scrierea în Ştiinţă în această săptămână, se spune că balenele balene, care devin mai eficiente din punct de vedere energetic pe măsură ce cresc, beneficiază de bigness, deoarece le permite să migreze către surse de hrană care apar și dispar în diferite puncte de pe glob.

Între timp, spun ei, balenele dințate cu scufundări adânci sunt limitate de disponibilitatea prăzilor mari. Cele mai mari balene dințate, cachalotii, care ar putea prospera cu o dietă de calmar uriaș, funcționează la o eficiență energetică limitată, deoarece le este mai ușor să vâneze calamari mai puțin hrănitori, dar mai abundenți.

Co-autorul studiului, Jeremy Goldbogen, biolog marin pentru stația marină Hopkins a Universității Stanford, explică echilibrul delicat al energiei și dimensiunii mamiferelor uriașe și de ce bigness este o întrebare biologică atât de convingătoare.

Lecturi suplimentare

Segmentul de oaspeți

Jeremy Goldbogen este profesor asistent de biologie la Universitatea Stanford Hopkins Marine Station din Pacific Grove, California.

Segment de transcriere

IRA FLATOW: Aceasta este Vinerea Științei. Sunt Ira Flatos - Flatow, mi-am înșelat propriul nume. De ce sunt balenele atât de mari? Adică, te-ai întrebat vreodată despre asta? Totuși, este o întrebare științifică serioasă. De ce ar trebui ca un animal să aibă o anumită dimensiune și merită mult costul alimentelor și al energiei? Adică, balena albastră medie, lungă de 100 de picioare, 100.000 de lire sterline, trebuie să mențină o mulțime de celule hrănite, hidratate, oxigenate și calde. În plus, trebuie să mutați toată acea masă în jurul oceanului. Deci, a fi mare ia nevoie de muncă.

Și totuși, trăim într-o epocă de giganți marini. Aveți balena albastră până la minke, toate mai mari decât cel mai mare animal de pe pământ. De ce sunt aceste balene atât de mari? Și OK, dacă sunt atât de mari, de ce nu sunt mai mari? Ei bine, zeci de oameni de știință lucrează de aproape 10 ani și au făcut calculele pe o posibilă explicație. Și are legătură cu sursele de hrană. Și într-o nouă cercetare publicată în Science săptămâna aceasta, aceștia sugerează că, pentru balenele balene, a deveni mare a fost cel mai bun mod de a profita de masivele aglomerări ale oceanului de minuscul Krill. Între timp, balenele dentare, care se scufundă și vânează animale individuale, au un echilibru mai bun între calorii, calorii în afară, ceea ce ar putea explica de ce sunt în general mai mici.

Aici, cu mai multe despre biologia marelui este Dr. Jeremy Goldbogen, profesor asistent de biologie la Hopkins Marine Lab de la Universitatea Stanford. El ni se alătură din studiourile KAZU din Monterey, California. Bine ați venit la Science Friday.

JEREMY GOLDBOGEN: Bună, Ira. Fericit că sunt aici.

IRA FLATOW: Mă bucur să te am. Deci, puteți să răspundeți pentru mine ceea ce face, de ce este un animal atât de mare, o întrebare științifică și nu doar una filosofică?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, fiziologii au fost mult timp fascinați de balenele mari, în principal pentru că sunt atât de mari și, ca fiziolog comparativ, interesat de modul în care funcționează animalele, modul în care funcționează, modul în care interacționează cu mediul lor, balenele albastre creează cu adevărat un sentiment de mirare care încearcă să înțeleagă cum funcționează viața la visul camerei superioare de masă corporală. Care este ritmul vieții și cum este să fii atât de mare?

IRA FLATOW: A existat o vreme în istoria balenelor în care acestea nu au fost atât de mari și, în timp, au evoluat în creaturi mai mari?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, asta este - și le spun elevilor mei despre asta, este că trăim într-o perioadă de giganți. Deci, dacă te uiți la înregistrările fosile, chiar nu vezi nimic mai mare decât balenele de azi. Și ceea ce este cu adevărat interesant este că s-au mărit foarte recent, doar în ultimii aproximativ 5 milioane de ani. Așa că au trecut de la o dimensiune maximă de aproximativ 10 metri lungime până la giganții oceanici pe care îi vedem astăzi pentru balenele cu cocoașă, balene cu înot și balene albastre. Și aceasta este cel puțin o dublare a lungimii, dar amintiți-vă că dublarea lungimii duce într-adevăr la o creștere extraordinară în greutate.

Și mai ales pentru ceva de genul unei balene cu cocoașă, este foarte circumferent pe unitate de lungime. Aceasta este o mulțime de masă corporală pe care aceste animale au evoluat-o foarte recent.

IRA FLATOW: Și chiar și balenele mai mici nu au nimic de strănut, corect. Balenele minke sunt destul de mari.

JEREMY GOLDBOGEN: Oh, da, cu siguranță. Este cu siguranță de dimensiunea unui elefant, dacă nu chiar puțin mai mare.

IRA FLATOW: Bine, să vorbim despre modul în care s-au făcut mari, de ce sunt mari, se pot mări? Să începem cu teoria că mâncarea și costul achiziționării. Ar putea fi răspunsul la modul în care balenele au devenit atât de mari. Investigați această teorie de ani de zile, corect?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, acesta este un alt lucru atât de fascinant, este faptul că aceste animale sunt atât de mari încât nu le poți avea în laborator. Multe dintre ele apar în aceste medii offshore. Așa că au scăpat cu adevărat de capacitatea noastră de a măsura aproape orice. Deci, există o mulțime de lacune în cunoștințele noastre. Pur și simplu nu înțelegem aspectele de bază ale biologiei lor. Dar ele sunt un câmp care a intrat cu adevărat pe scenă ca un câmp, la care ne referim acum ca biologică.

Deci, practic avem aceste computere mici pe care le atașăm de balene folosind ventuze. Deci, sunt neinvazivi, ne oferă o imagine foarte bogată a ceea ce fac aceste balene sub apă. Știm când și unde se hrănesc. Știm cât de des se hrănesc. Acum avem camere în aceste etichete. Deci, este ca și cum ai privi balena la televizor, este cu adevărat fascinant.

Așa că îmi place să numesc aceste jurnale zilnice. Astfel, este o formă digitală de istorie naturală și este într-adevăr un instrument uimitor, nu numai pentru a împărtăși cu publicul, ci ne permite, de asemenea, să testăm o mulțime de întrebări vechi, cum ar fi balenele mari și de ce nu sunt mai mari.

IRA FLATOW: Ei bine, vreau să ajung la asta într-un minut. Dar vreau să vorbesc despre ceva despre care ați vorbit și aceasta este diferența uriașă între balenele care au dinți și alimentatoarele filtrante, precum balenele albastre. Dă-ne o idee despre câtă energie - de ce s-au hrănit cu diferite lucruri și cum le permite asta să supraviețuiască?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, astfel încât cele două mari clade de balene, balenele dințate, pe care în studiul nostru le-am marcat date de la focaș de port foarte mic, pe care le-ai putea ține cam în brațe, până la cachalots, desigur, care sunt cele mai mari balene dentare. Și se hrănesc cu o singură pradă. Deci, un articol de pradă la un moment dat, folosind ecolocația. Și asta contrastează cu balenele balene, desigur, care nu au dinți. Folosesc un filtru în interiorul gurii. Folosind aceste plăci și franjuri de baleen în interiorul acelor plăci care acționează ca un filtru pentru a filtra volumele de apă care au pradă foarte mică, precum Krillul suspendat în acea coloană de apă.

Și ceea ce este interesant este că - și acest lucru a fost cu adevărat neașteptat - este că, dacă te uiți la conținutul stomacului pentru aceste diferite specii de balenă dentară, ceea ce găsești este că dimensiunea obiectului de pradă pe care o poți reconstrui folosind aceste mici bucăți de anatomie care au rămas după digestie. Așadar, o mulțime de balene dentare care se scufundă adânc se hrănesc cu calamar. Și primești aceste ciocuri care rămân în stomac. Și astfel, în funcție de cioc, de anatomia acestuia și de mărimea acelui cioc, puteți de fapt să reconstruiți dimensiunea obiectului de pradă.

Astfel, folosim aceste date pentru a reconstitui aceste bugete energetice pentru diferite specii de balene la scară largă. Deci, ceea ce este fascinant și sunt sigur că toată lumea a auzit probabil de cașaloanele care se hrănesc cu calamar uriaș, dar se pare că, dacă ne uităm la date, calmarul uriaș este foarte rar în stomacul acestor animale. Și mult mai frecvent, balenele dentare, în special balenele mari, se hrănesc cu calamari de dimensiuni mici sau mijlocii. Dar se hrănesc cu ele mult mai des.

De exemplu, aceste balene mari din dinți, în special balenele cu cioc și balenele, au dezvoltat aceste incredibile capacități de scufundare. Deci, mai multe dintre aceste specii se pot scufunda mai mult de o oră. Se pot scufunda la adâncime de până la un kilometru adânc în ocean. Și asta le permite să găsească puncte fierbinți foarte fiabile ale acestor calamari de dimensiuni medii. Și se pot hrăni de până la 40 sau 50 de ori pe scufundare. Deci, aceasta este soluția lor pentru a-și susține dimensiunile mari ale corpului.

Dar există o problemă cu asta. Dacă vă limitați hrănindu-vă cu un singur calmar la un moment dat, capacitatea dvs. de a susține dimensiuni ale corpului din ce în ce mai mari devine cu adevărat constrânsă. Și asta am găsit. Am constatat că, deoarece există o lipsă de calmar mare, eficiența energetică - și prin asta vreau să spun, energia prin care primesc din toată mâncarea pe care o mănâncă în timpul unei scufundări, împărțită la energia din exterior, care este tot exercițiul și metabolismul de odihnă - care începe să scadă când ajungi la dimensiunea unui cașalot. Și credem că este pentru că există această constrângere care se impune, deoarece pur și simplu nu există calamari gigant suficient de mari pentru a circula.

IRA FLATOW: Și de aceea sunt cu adevărat balene uriașe, apoi nu se hrănesc așa? Ele devin filtratoarele?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, absolut. Deci, dacă sunteți un alimentator de filtru, dimensiunea mare a corpului devine un avantaj extraordinar. Iar alimentatoarele cu filtru mari sunt fascinante, deoarece au anatomia specializată care le permite să fie, practic, mașini de hrănire. Au această pungă de hrănire enormă, extrem de extensibilă. Iar punga de hrănire are aproximativ jumătate din mărimea animalului. Și se umflă cu apă și alimente în timp ce iau o singură înghițitură de apă.

Pentru ceva de genul balenei albastre, care ar putea avea cu ușurință 100 de tone metrice în masă corporală, practic își dublează dimensiunea corpului, deoarece înghite un volum de apă și Krill mai mare decât propriul corp.

JEREMY GOLDBOGEN: Deci, datorită acestui fapt, datorită mecanismului specializat de filtrare a furajelor în această capacitate extraordinară, ceea ce numim capacitate de înghițire, pot obține o cantitate extraordinară de hrană pentru fiecare eveniment de hrănire. Și pentru că animalele mai mici, cum ar fi Krill, sunt mult mai abundente decât, să zicem, calamari gigantici foarte mari, limitarea nu pare să existe, cel puțin în ceea ce privește aceste luni de vară foarte productive în care balenele cu balene pot fi găsite în hrănirea foarte intens toată ziua.

IRA FLATOW: Deci, spuneți că balenele relativ, adică, trei milioane de ani, au crescut la dimensiuni atât de enorme. Și spuneți că nu există nicio limită la dimensiunea la care pot crește balenele cu balene. Ne-am putea aștepta să devină mai mari în timp?

JEREMY GOLDBOGEN: Oh, da. Aceasta este următoarea întrebare de care sunt cu adevărat fascinat: este că ne uităm la un instantaneu în care balenele mari sunt în proces de a evolua dimensiuni ale corpului și mai mari? Pentru că au trecut doar câteva milioane de ani. Așadar, este destul de uimitor că au evoluat atât de repede de dimensiunea corpului. Și cred că acesta este un alt motiv pentru care este important să studiezi aceste animale pentru a obține aceste date de bază, astfel încât să ne putem asigura că putem conserva aceste animale și să ne asigurăm că copiii noștri și nepoții lor pot vedea și se pot bucura de aceste animale uimitoare.

IRA FLATOW: Apropo de care, conservând viitorul, schimbările climatice și criza din climă afectează oceanele? Este posibil să afecteze viitorul balenelor balene și al tuturor balenelor?

JEREMY GOLDBOGEN: Cred că este o întrebare bună. Nu cred că există date minunate care să spună într-un fel sau altul, dacă vom avea câștigători și învinși printre marile balene. Sper că am văzut că multe dintre aceste specii au strategii de alimentare foarte flexibile, cum ar fi că balenele cu cocoașă par să se descurce foarte bine. Se pot hrăni cu multe pradă diferite. Se pare că pot comuta între hrănirea cu Krill și hrănirea peștilor, de exemplu.

Dar, de asemenea, ar putea fi o perioadă grea să fii o balenă mare într-un ecosistem urban oceanic. Există nave de marfă care merg destul de repede, sunt foarte zgomotoase. Poate că pot masca apelurile dintre balene individuale. Poate că balenele ar putea fi lovite de nave, poate că se vor încurca în uneltele de pescuit. Deci, există câteva amenințări pe care cred că trebuie să ne asigurăm că le putem măsura impactul. Dar sper că multe dintre aceste specii se vor descurca destul de bine în viitor.

IRA FLATOW: Știi, tot ce ai vorbit despre cât de fascinante sunt aceste creaturi mari, aceste balene mari. Și una dintre cele mai fascinante părți pe care am găsit-o despre una dintre lucrările pe care le-ați publicat recent a fost că ritmul cardiac al balenelor albastre este foarte, foarte lent. Cât de lent este -

JEREMY GOLDBOGEN: Da, ce a fost uimitor la acea hârtie și am fost pur și simplu uimiți că a funcționat deloc, așa că practic am avut o etichetă foarte asemănătoare. Deci, o ventuză atașat etichete, deci există patru ventuze care țin acest mic computer pe corpul balenei. Și în două dintre aceste ventuze, aveam electrozi de suprafață similari cu ceea ce ați putea avea în cabinetul medicului. Și doar din cei doi electrozi singuri și când am primit eticheta în locul potrivit, pe partea stângă a corpului unei balene albastre, chiar în spatele flipperului stâng, am fost capabili să detectăm și să măsurăm ritmul cardiac.

Și ceea ce a fost cu adevărat fascinant este atunci când acele balene albastre se scufundau până la adâncime, este vorba despre o scufundare de 10 până la 15 minute, scufundându-se la aproximativ 100 până la 200 de metri adâncime și apoi hrănindu-se, ceea ce a fost cu adevărat fascinant este că își scad ritmul cardiac până la aproximativ două bătăi pe minut. Deci, acesta este un nivel incredibil de scăzut.

IRA FLATOW: Două bătăi pe minut, nu pe secundă?

JEREMY GOLDBOGEN: Da, absolut. Ceea ce a fost mai fascinant este când iau această mare înghițitură de apă, este un comportament foarte scump. Adică, dacă te gândești doar la fizica asta - accelerarea vitezei mari, urcarea la aproximativ 5 metri pe secundă, coborârea maxilarelor la viteză mare, există o mulțime de tracțiune implicată. Ele încetinesc pe măsură ce umflă această pungă. Deci, este nevoie de multă energie.

Și chiar dacă au luat puțină apă, au ridicat puțin ritmul cardiac de la acel fund mic de două bătăi pe minut, așa că l-au dublat până la aproximativ patru până la cinci bătăi pe minut, dar a rămas totuși foarte scăzut . Dar ceea ce este și mai fascinant decât asta este ceea ce s-a întâmplat la suprafața mării. Așadar, când se întorc la suprafața mării, respira o serie. Așa că își reîncarcă depozitele de oxigen. Apoi, ritmul cardiac merge până la aproximativ 35, 36, 37 bătăi pe minut. Deci, aceasta este o gamă destul de mare dacă vă gândiți doar la gamă.

Dar, de asemenea, când ne-am uitat la durata bătăilor inimii în sine, a durat aproape două secunde. Deci, se pare că ritmul cardiac este la maxim.

IRA FLATOW: Lasă-mă să intru și să spun că sunt Ira Flatow. Aceasta este Science Friday de la studiourile WNYC.

JEREMY GOLDBOGEN: Și acesta este un ritm cardiac maxim în timpul comportamentului de forjare de rutină. Și asta este ceva ce fac balenele albastre toată ziua, fac aceste scufundări adânci. Se întorc la suprafață. De îndată ce au terminat de a respira aproximativ 10 respirații, se întorc în jos, continuă să se hrănească. Deci, aceasta pune întrebarea, sunt aceste animale la un anumit tip de fiziologic extrem? Sunt cel mai mare posibil? Cum poți face un sistem circulator și o inimă care să poată satisface aceste tipuri de cerințe energetice?

IRA FLATOW: Și aș mai spune, știind din lucru despre care am vorbit cu balenele pe uscat - mă refer la elefanții de pe uscat, știm că există o dimensiune pe uscat pe măsură ce crești exponențial, nu? Și nu vă puteți scăpa suficient de bine de căldură. Deci, există o limită. Există o limită în ocean? Aș crede că apa disipă căldura atât de bine, încât poți deveni mult mai mare.

JEREMY GOLDBOGEN: Da, presupun că este posibil ca constrângerile de căldură să nu constituie o problemă la fel de mare în comparație cu animalele terestre, pentru că, bine, balenele mari, mari, au încă grăsime. Deci, se pare că încă mai trebuie să aibă acel grăsime pentru a reține căldura. Dar, de asemenea, ceea ce este cu adevărat fascinant este că multe mamifere marine sunt bine cunoscute pentru că au ferestre termice. Deci, în mod practic, pot dedica un anumit flux de sânge unei extremități, cum ar fi un flipper sau un fluke și, în principiu, pot arunca căldura în acest fel. Sau pot restrânge debitul la suprafața respectivă dacă nu vor să arunce căldura respectivă.

Deci, cred că au câteva mecanisme specializate care le permit termoreglarea, indiferent dacă trebuie să arunce căldură sau dacă trebuie să păstreze acea căldură. Deci, presupun că există căi în jurul unor constrângeri. Dar, într-adevăr, pe măsură ce creșteți, suprafața dvs. în raport cu volumul dvs. este cu siguranță o întrebare interesantă.

IRA FLATOW: Am aproximativ aproximativ un minut. Vreau să știu care este o întrebare principală la care încă nu ai răspuns.

JEREMY GOLDBOGEN: Oh, cum găsesc hrana balenele, cred că este - poate este o întrebare de 10 milioane de dolari în acest moment. Este cu adevărat fascinant. Și astfel, de exemplu, balenele albastre vor migra peste ocean și vor găsi cumva aceste pete cu adevărat dense de Krill. Este un proces bazat pe memorie? Pot - poate simt mirosul unde se află mâncarea? Sulfura de dimetil a fost implicată și este asociată cu multe dintre aceste resurse Krill. Poate doar ei sunt încercări și erori, cine știe. Deci cred că aceasta este următoarea mare întrebare.

IRA FLATOW: Vă mulțumesc foarte mult. Lucruri fascinante despre balene. Dr. Jeremy Goldbogen este profesor asistent de biologie la Hopkins Marine Lab de la Universitatea Stanford. El ni se alătură din studiourile KAZU din Monterey, California.