(Rodrigo Friscione/iStock) Sowohl Zahnwale als auch Bartenwale (Filterwale) gehören zu den größten Tieren, die es je gab. Blauwale sind mit einer Länge von bis zu 30 Metern und einem Gewicht von über 150 Tonnen die größten Tiere in der Geschichte des Lebens auf der Erde.
Obwohl es Wale schon seit etwa 50 Millionen Jahren auf diesem Planeten gibt, haben sie sich erst im Jahr 2000 zu wirklich gigantischen Exemplaren entwickelt in den letzten etwa fünf Millionen Jahren . Forscher haben wenig Ahnung was ihre enorme Größe einschränkt . Wie schnell ist das Leben in dieser Größenordnung und welche Konsequenzen hat es, so groß zu sein?
Als Wissenschaftler, die studieren Ökologie , Physiologie Und Evolution , wir sind an dieser Frage interessiert, weil wir die Grenzen des Lebens auf der Erde kennen wollen und wissen wollen, was es diesen Tieren ermöglicht, in solchen Extremen zu leben.
In einem neu veröffentlichte Studie Wir zeigen, dass die Walgröße durch die sehr effizienten Ernährungsstrategien der größten Wale begrenzt wird, die es ihnen ermöglichen, im Vergleich zu der Energie, die sie bei der Nahrungssuche verbrennen, viele Kalorien aufzunehmen.
Buckelwal und Wissenschaftler in der Antarktis. (Goldbogen Laboratory, Stanford University/Duke University Marine Robotics and Remote Sensing, aufgenommen unter Genehmigung ACA/NMFS #14809, CC BY-ND)
Möglichkeiten, ein Wal zu sein
Die ersten Wale auf der Erde hatten vier Gliedmaßen, sahen aus wie große Hunde und verbrachten zumindest einen Teil ihres Lebens an Land. Es dauerte etwa 10 Millionen Jahre, bis ihre Nachkommen eine vollständig aquatische Lebensweise entwickelten, und etwa 35 Millionen Jahre länger, bis Wale zu den Giganten der Meere wurden.
Als die Wale vor etwa 40 Millionen Jahren vollständig im Wasser lebten, waren beide Arten erfolgreich im Ozean Bartenwale , die sich ernährten, indem sie Seewasser durch Bartenfilter in ihrem Mund absiebten, oder Zahnwale die ihre Beute jagten Echoortung .
Als sich Wale auf diesen beiden Wegen entwickelten, wurde ein Prozess namens ozeanischer Aufschwung verstärkte sich in den Gewässern um sie herum. Auftrieb entsteht, wenn starke Winde, die parallel zur Küste verlaufen, Oberflächenwasser vom Ufer wegdrücken und so kaltes, nährstoffreiches Wasser aus der Tiefsee ansaugen. Dadurch wird die Planktonblüte angeregt.
Der Auftriebsprozess. (NOAA)
Ein stärkerer Auftrieb schuf die richtigen Bedingungen für die Beute der Bartenwale, wie z Krill Und Futterfische , um sich in dichten Flecken entlang der Küsten zu konzentrieren. Wale, die sich von diesen Beutetieren ernährten, konnten effizient und vorhersehbar nach Futter suchen, wodurch sie größer wurden.
Fossilienfunde Der Nachweis, dass die Abstammungslinien der Bartenwale einzeln gigantisch wurden, stützt diese Ansicht.
Wirklich große Schlucke
Gibt es eine Grenze dafür, wie groß Wale werden können? Wir gingen dieser Frage nach, indem wir uns auf die Tierenergetik stützten – die Untersuchung, wie effizient Organismen Beutetiere aufnehmen und die darin enthaltene Energie in Körpermasse umwandeln.
Groß zu werden basiert auf einer einfachen Rechnung: Wenn ein Lebewesen mehr Kalorien aufnehmen kann, als es verbraucht, wird es größer. Dies mag intuitiv erscheinen, aber es anhand von Daten frei lebender Wale zu demonstrieren, war eine gigantische Herausforderung.
Um die Informationen zu erhalten, befestigte unser internationales Wissenschaftlerteam hochauflösende Tags mit Saugnäpfen an Walen, damit wir ihre Orientierung und Bewegung verfolgen konnten. Die Tags zeichneten Hunderte von Datenpunkten pro Sekunde auf und wurden nach etwa 10 Stunden zur Wiederherstellung getrennt.
Wie ein Fitbit, der Bewegungen nutzt, um sein Verhalten aufzuzeichnen, haben unsere Tags gemessen, wie oft Wale unter der Meeresoberfläche fraßen, wie tief sie tauchten und wie lange sie in der Tiefe blieben.
Wir wollten die energetische Effizienz jeder Art bestimmen – die Gesamtmenge an Energie, die sie durch die Nahrungssuche gewonnen hat, im Verhältnis zu der Energie, die sie für die Suche und den Verzehr von Beute aufgewendet hat.
Markiert: Blauwal vor der Küste von Big Sur, Kalifornien. (Duke Marine Robotics & Remote Sensing unter NMFS-Genehmigung 16111, CC BY-ND)
Die Daten dieser Studie wurden von Mitarbeitern aus sechs Ländern bereitgestellt. Ihre Beiträge stellen Zehntausende Stunden Feldarbeit auf See dar, in denen sie Daten über lebende Wale von Pol zu Pol sammeln.
Insgesamt bedeutete dies, 300 Zahn- und Bartenwale aus 11 Arten mit einer Länge von bis zu 1,50 m zu markieren Schweinswale Zu blaue Wale und die Aufzeichnung von mehr als 50.000 Fütterungsereignissen.
Zusammengenommen zeigten sie, dass der Gigantismus der Wale auf der Fähigkeit der Tiere beruht, ihren Nettoenergiegewinn mithilfe spezieller Futtersuchmechanismen zu steigern.
Das war unsere wichtigste Erkenntnis Longenfressende Bartenwale , die Schwärme von Krill oder Futterfischen mit gewaltigen Schlucken verschlingen, bekommen das Beste für ihr Geld. Mit zunehmender Größe dieser Wale verbrauchen sie beim Ausfallen mehr Energie – aber ihre Schluckgröße nimmt noch dramatischer zu.
Das heißt, je größer Bartenwale werden, desto höher ist ihre energetische Effizienz. Wir vermuten, dass die Obergrenze der Größe der Bartenwale wahrscheinlich durch das Ausmaß, die Dichte und die saisonale Beständigkeit ihrer Beute bestimmt wird.
Große Zahnwale, wie z Pottwale , ernähren sich gelegentlich von großen Beutetieren, einschließlich der sagenumwobenen Beute Riesenkalmar . Aber es gibt nur eine begrenzte Anzahl von Riesenkalmaren im Ozean, und es ist schwierig, sie zu finden und zu fangen. Häufiger ernähren sich große Zahnwale von mittelgroßen Tintenfischen, die in der Tiefsee viel häufiger vorkommen.
Aufgrund des Mangels an ausreichend großer Beute haben wir herausgefunden, dass die energetische Effizienz von Zahnwalen mit der Körpergröße abnimmt – das Gegenteil des Musters, das wir für Bartenwale dokumentiert haben. Daher gehen wir davon aus, dass die ökologischen Grenzen, die durch den Mangel an Beute von Riesenkalmaren entstehen, Zahnwale daran gehindert haben, Körpergrößen zu entwickeln, die größer sind als die von Pottwalen.
Skalierung der energetischen Effizienz bei Zahnwalen und Bartenwalen. (Alex Boersma, CC BY-ND)
Ein Teil eines größeren Puzzles
Diese Arbeit baut auf früheren Forschungen zum Thema auf Entwicklung der Körpergröße bei Walen . Es bleiben viele Fragen offen. Da Wale zum Beispiel erst vor relativ kurzer Zeit in ihrer Evolutionsgeschichte Gigantismus entwickelt haben, könnten sie sich in Zukunft noch größer entwickeln? Das ist möglich, obwohl es andere physiologische oder biomechanische Einschränkungen geben kann, die ihre Fitness einschränken.
Zum Beispiel, eine aktuelle Studie Forscher, die die Herzfrequenz von Blauwalen maßen, zeigten, dass die Herzfrequenz selbst bei routinemäßigem Futtersuchverhalten nahe ihrem Maximum lag, was auf eine physiologische Grenze hindeutet. Dies war jedoch die erste Messung und es sind noch weitere Untersuchungen erforderlich.
Wir möchten auch wissen, ob diese Größenbeschränkungen auch für andere große Meerestiere wie Haie und Rochen gelten und wie sich der Verzehr riesiger Beutemengen durch Bartenwale auf die Ökosysteme der Ozeane auswirkt. Könnten umgekehrt menschliche Handlungen, die die Ozeane verändern, Auswirkungen auf die Nahrungsversorgung der Wale haben? Unsere Forschung ist eine ernüchternde Erinnerung daran, dass sich Beziehungen in der Natur über Millionen von Jahren entwickelt haben – in der Natur jedoch viel schneller gestört werden könnten Anthropozän . 
Matthew Savoca , Postdoktorand, Universität in Stanford ; Jeremy Goldbogen , Assistenzprofessor für Biologie, Universität in Stanford , Und Nicholas Pyenson , Forschungsgeologe und Kurator für fossile Meeressäugetiere, Smithsonian Institution .
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