海洋独角兽之谜

1577年,英国探险家马丁·弗罗比舍(Martin Frobisher)率领一支150人的探险队,怀揣寻找黄金的梦想来到了加拿大北部海域,试图找到一条通往印度的水道。在调查海岸附近几个岛屿的时候,探险队遇到了前所未见的东西:一种长着独角的大鱼。

“在这里的另一座小岛上,”弗罗比舍在日记中写道,“也发现了一条巨大的死鱼,它看起来似乎是被浮冰带进湾里的,在大小比例上像是鼠海豚。它的长度大约12英尺(约合3.7米),有一根长两码(约合1.8米)的角从吻部或鼻孔里伸出来。这根长角扭转而成,并保持笔直,如同蜡烛一般(译者注:西方的蜡烛常有做成长螺旋形的,与独角鲸的长牙很像),或许可以将它认为是真正的海洋独角兽。”回到英国之后,弗罗比舍将一支长角献给了伊丽莎白女王,后者命令将其与皇冠上的宝石放在一起保存。

在弗罗比舍的探险之前,独角兽的角——或者至少是商人们所声称的——已经在欧洲流传了几个世纪。它们的价值几倍于同等重量的黄金。据说伊丽莎白女王曾花费1万英镑购买一支独角兽的角,相当于当时一座城堡的造价。这些角被制成帝王喝酒用的酒杯,或者是象征王权的权杖。

独角兽的传说可以追溯到古典时代,但独角兽兽角贸易却从中世纪一直持续到了文艺复兴时期。维京人杀死了北大西洋上所谓的海洋独角兽,切下长角,然后以天价卖出,却从未透露这些角是从哪里来的。随着欧洲的博物学家对世界各地动物的了解越来越多,有关独角兽的传说逐渐褪色,弗罗比舍所说的海洋独角兽实际是一种鲸类的观点也越来越深入人心。不过,尽管这些“角”的来源搞清楚了,但科学家们对它们的困惑和争论却还在继续。

加拿大Tremblay湾的独角鲸

 

事实上,独角鲸的“角”并不是真正的角,而是一颗特化的牙齿。与独角鲸亲缘关系较近的物种包括白鲸、虎鲸和多种海豚,它们都具有简单的、圆锥形的牙齿,用于咬住猎物。在雄性独角鲸的口中,上颚的两颗牙齿中左边一颗会突出来,持续生长,形成长长的“角”;右侧的牙齿比左侧短得多,但极少数雄鲸会连右侧牙齿也突出唇外,形成罕见的“双长牙”。独角鲸的牙相当于象牙或疣猪的獠牙,但不会像后者一样出现弯曲。

德国汉堡一家博物馆里的双长牙标本

 

为什么独角鲸要长出这样的长牙呢?或者,更确切地说,在独角鲸祖先从具有普通牙齿的鲸类分化出来之时,如此奇葩的牙齿是怎么演化出来的呢?

科学家们提出了各种各样的假说,包括(但不仅限于)作为声波探测器、方向舵、碎冰锥等,有的还提出长牙可用于散发多余热量,或在与掠食者或其他独角鲸的争斗中作为武器。不过,绝大多数的假说都仅是推测,并非来自近距离的观察。独角鲸生活在遥远的北极峡湾和冰山漂浮的北冰洋中,要观察它们怎么使用长牙并不容易。

马丁·纽威亚(Martin Nweeia)是一位来自康涅狄格州的牙医,同时也是哈佛口腔医学院的临床讲师。过去十四年中,他多次前往北极研究独角鲸,主要是研究它们的长牙。过去几年中,他还做了一些关于研究进展的报告,并出版了相关的书籍。不久前,他和来自哈佛大学、史密森学会、明尼苏达大学、加拿大海洋渔业管理局等机构的研究伙伴在《解剖学记录》(Anatomical Record)发表了一篇详尽的论文,指出独角鲸的长牙其实是感觉器官,可以使雄性独角鲸感知海洋里的情况,并可能有助于寻找雌鲸或食物。

他们的结论部分来源于对长牙的解剖。独角鲸的长牙并非一块坚固的骨骼,而是包含着许多神经。而且,这些神经几乎已经可以和海水直接接触。在人类和其他哺乳动物中,牙齿表面通常是珐琅质层,而独角鲸的长牙上却没有。相反,长牙表面遍布着微细的管道,可以使海水流进长牙的内部,接触那里的神经末梢,其中一些神经末梢具有与对痛觉敏感的神经相同的结构。

为了解独角鲸是否就是利用这一结构来感知周围环境,马丁·纽威亚及其同事来到巴芬岛附近捕捉独角鲸,并将一个圆锥形的外套套在了它们的长牙上。科学家将盐度不同的水泵进外套中,并在独角鲸的皮肤上放置电极,记录它们的心跳频率。每头独角鲸参与实验的时间控制在半小时以内。

当盐水泵进长牙外套时,科学家记录到的平均心跳频率为每分钟60.42次;而当淡水流入外套时,独角鲸的心跳变慢,为每分钟52.56次。这一差别在统计上是显著的,科学家据此认为,独角鲸仅用长牙就可以感知出盐水和淡水的区别。当独角鲸游到盐度较高的水域时,它们可能会有类似牙痛的感觉。在长牙内部的神经末梢也有可能具有其他方面的感知能力,如温度、压力的变化等。

如果独角鲸的长牙实际是感觉器官,那它就不仅对雄鲸有好处。马丁·纽威亚及其同事称,雄性独角鲸可能会用长牙来帮助赢得交配权。它们或许能够通过感受水中的化学物质来追踪雌鲸,寻找雌鲸可能的觅食地点。它们甚至可能感知到雌鲸是否愿意进行交配。一些雄鲸可能还会用长牙来寻找食物,以喂养刚出生的幼崽。长牙的感觉能力越灵敏,雄鲸赢得交配的概率就越高,这也导致其演化出越来越长的牙。

许多从事鲸类解剖学研究的科学家都对马丁·纽威亚等人的结果感到眼前一亮。史密森学会海洋哺乳动物馆馆长尼克·佩尔森(Nick Pyenson)说:“他们做了很棒的工作,整理了数百年来有关独角鲸长牙的众多假说,然后提出了几乎所有已知的证据。”西奈山伊坎医学院的解剖学家乔伊·雷登伯格(Joy Reidenberg)对这一研究结果给予了高度评价,她说:“这真是让人耳目一新,文章的关注点并不在于最少被发表的部分,而是展示了对形态、功能和演化的全面了解。”

独角鲸长牙的解剖结构

 

不过,一些研究者并没有被马丁·纽威亚及其同事的数据和结论说服。最大的批评声音来自华盛顿大学的克丽丝汀·莱德雷(Kristin Laidre)。她指出,独角鲸并不是唯一具有敏感牙齿的动物,“吃冰淇淋的时候,你的牙齿会感到痛觉,牙齿里面的神经告诉大脑:你正在吃一些冷的东西。”这些感觉信息有一定的价值,但并不能因此就说我们的牙齿是感觉器官——牙齿只是让我们能咬住并磨碎食物。

马丁·纽威亚等人自然知道其他动物的牙齿也具有感觉能力,但他们认为,独角鲸的长牙比一般的牙齿更加强大。不过克丽丝汀·莱德雷认为,心跳速率的数据并不能得出文章的结论,她说:“当一只动物被大网捕到之后,带到浅水区域,然后测量它30分钟内的心跳速率,这显然只能告诉你它压力很大,而不是牙齿对不同盐浓度的反应。”

克丽丝汀·莱德雷还对纽威亚等人提出的雄性独角鲸可能利用长牙进行感知提出了异议。对独角鲸胃容物的研究表明,雄性和雌性独角鲸的食物基本是一样的,而且觅食的区域、时间也都一致。而且,养育幼鲸的任务都落在雌鲸身上,没有任何证据表明雄鲸会提供帮助。雌鲸对于幼鲸的生存至关重要,很难想象雄鲸具有如此灵敏的器官而雌鲸没有。克丽丝汀·莱德雷说,有关独角鲸长牙是关键的感觉器官一说,“仍然是一个没有根据的理论。”

因纽特男孩和独角鲸的长牙

 

克丽丝汀·莱德雷推测,雄性独角鲸可能利用长牙来争夺配偶。然而,我们经常看到驼鹿长角相抵,招潮蟹用大螯互相争斗,却几乎没有观察到独角鲸使用长牙打斗过。科学家曾观察到独角鲸在水面上长牙交错的情形,当有雌鲸在附近时,或许可以建立对某一雄性个体的好感。

蒙大拿大学的道格拉斯·恩林(Douglas Emlen)是一位研究甲虫的生物学家,而且特别钟爱独角仙。去年,他的学生艾琳·麦卡洛(Erin McCullough)和华盛顿州立大学的罗伯特·琴纳(Robert Zinna)合作发表了一篇很有意思的论文。他们对采自日本的独角仙进行了近距离观察,发现其头角的表面覆盖着对触觉非常灵敏的细毛。头角的有些区域细毛较密,有些则稀疏一些。

独角仙

 

麦卡洛和琴纳发现了这些细毛的规律。当两只雄性独角仙准备争夺某根树枝时,它们会靠近对方,互相轻敲头角。如果其中一只比另一只小很多,它便会识趣地走开;如果二者势均力敌,它们就会进入下一步,打斗起来,努力要将对方推下树枝。事实上,头角上细毛最密集的区域,恰恰是独角仙互相试探时接触的地方。

独角鲸或许正是鲸类世界中的独角仙,在它们开始真正的打斗之前,可能就是用长牙互相打量对方。不过,想要证实这一假说,可能还要等上相当长一段时间。从弗罗比舍第一眼见到那只独角鲸尸体到现在,已经过去了437年,而这种奇特而神秘的物种,依然令今天的科学家们感到困惑不已。

 

文章译自Carl Zimmer的博文。马丁·纽威亚等人的文章发表在2014年第四期的《解剖学记录》上,见:

Sensory Ability in the Narwhal Tooth Organ System, Nweeia et al, Anatomical Record2013, in press