为什么水生哺乳动物要大，但不能太大?
任何人如果亲眼目睹了鲸鱼或笨重的海象，就可以将海洋生物与哺乳动物的无限大小联系在一起，但新的研究表明，哺乳动物的生长实际上比陆地上更受限制。
斯坦福大学的研究人员的这一发现与先前的理论形成了鲜明的对比，这些理论认为，在水中，身体大小的压力应该更放松，也许是因为大的环境和动物漂浮的能力，而不是为了支撑它们的身体重量。
相反，该研究小组发现，水生哺乳动物的大小在小的末端是有界的，因为它们需要保持热量，而在很大程度上，它们很难获得足够的食物来生存。该研究小组于3月26日在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究成果。
“许多人把进入水中看作是对哺乳动物的更自由的释放，但我们看到的是，这实际上是更大的限制，”合著者乔纳森·佩恩说，他是斯坦福大学地球、能源与环境科学学院(斯坦福地球)的地质科学教授。“水不允许你成为一种大型哺乳动物，而是你必须成为水中的一种大型哺乳动物——你没有其他选择。”
变大，但不要太大。
虽然生活在水里的哺乳动物有着类似的长圆形的身体形状，但它们并不是紧密相关的。相反，海豹和海狮与狗有着密切的关系，海牛与大象有着共同的祖先，而鲸鱼和海豚则与河马和其他有蹄哺乳动物有关。
为了更好地了解这些陆地哺乳动物在变成水生动物时的特征，研究人员从现有的数据中收集了3,859个生物和2,999个化石哺乳动物的身体质量。分析包括大约70%的活种和25%的灭绝物种。他们通过与路易斯安那大学海洋协会的Craig McClain合作开发的一套模型分析了这些数据。
从这个分析中，该研究小组发现，一旦陆地动物进入水中，它们就会迅速进化成新的大小，大约在1000磅左右。体型较小的祖先，比如狗的亲戚，其体型的大小要比像河马这样的大的祖先大得多，从而达到最优的体重。这表明，体型越大，越有利于水生生物，但只会达到一定的程度。该组织指出，水獭最近才开始吸水，但它们并没有遵循这一趋势，也许是因为许多水獭物种仍然生活在陆地上。
“关键是要有一棵进化树来理解这些物种是如何相互联系的，以及在不同的进化分支事件之间发生的时间长短，”该研究的主要作者威尔·吉尔蒂(Will Gearty)说，他是斯坦福地球大学的一名研究生。“祖先关系之树使我们能够建立基于现代物种数据的模型，来预测祖先的身体大小，并观察进化轨迹最适合我们今天所看到的东西。”
热量和食物
该研究小组认为，体型较大有助于水生哺乳动物在低于体温的水中保持热量。佩恩说:“当你很小的时候，你很快就会把热量丢回水中，没有办法吃到足够的食物。”
它们还表明，新陈代谢的增加比动物收集食物的能力更大，这就限制了大型水生哺乳动物的生长。基本上，动物是需要能量运转的机器。这项研究的合著者麦克莱恩说:“对能源的需求对动物能做什么以及它们能有多大有很大的限制。”
佩恩说:“海洋中哺乳动物的生存能力范围实际上比陆地上的生存空间要小。”“从统计学的角度来证明这一点，并提供一种理论，这是新事物。”
如果水獭是小型的例外，须鲸在较大的尺寸上证明了例外。这些鲸鱼消耗的能量比它们牙齿上的同类要少得多，因为它们过滤了所有的食物，这使它们更有效率，并使它们比齿鲸长得更大。
Gearty说:“抹香鲸看起来是最大的，没有新的适应能力。”“唯一能让鲸鱼变大的方法就是彻底改变你的进食方式。”
研究人员在2014年开始研究这项研究，他们目前正在评估类似的方法可以用来解释其他动物群体的体型分布，特别是那些既有陆地又有水生物种的群体。
佩恩说:“希望有更简单的解释，可以适用于其他物种，包括陆生动物。”“它揭示了一些可能性，身体的大小可以用物理和化学的基本原理来解释。”
佩恩也是斯坦福大学生物x的成员，也是斯坦福大学环境研究所的会员。