触手、窒息……呃,我是说被呛死的海豚

大家知道在正常情况下,海豚等鲸类动物呼吸的开口是哪儿吗?是鼻孔?还是嘴?

答案是:呼吸孔

简单说,呼吸孔是长在鲸类动物头顶的小孔。其中,须鲸(比如蓝鲸、大翅鲸)头顶的呼吸孔有两个,而齿鲸(比如抹香鲸、白鲸,也包括海豚)头顶的呼吸孔则只有一个。

须鲸有两个呼吸孔,齿鲸只有一个。图片:wallpaperflare.com;Seabamirum / flickr

鲸类的呼吸孔连接着它们的鼻道,就像我们的鼻孔一样。当鲸类动物在水下活动时,它们的呼吸孔是闭合的;当它们浮上水面呼吸时,呼吸孔就会打开,以呼吸空气。

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一边吃饭一边大笑

呼吸孔位于头顶,这样一来鲸类动物无需完整地露出头部就能进行呼吸(如果你的鼻孔长在头顶,那游泳时就不用抬头换气了呢!)。鲸类动物的呼吸道与消化道结构也良好地平衡了呼吸和进食的关系。

下图是人的口腔、咽喉部纵切图(左)和食物与空气在其中的走向图(右)。我们的呼吸道和消化道在咽喉部有交叉,二者是相通的。位于衔接处的会厌软骨能帮助我们在进食时将气管的开口闭合,以免食物进入气管导致窒息;而我们呼吸时,气管的开口是打开的。这就是为什么吃东西的时候不能大笑,因为大笑伴随着深呼吸,食物便会趁着会厌打开时跑进气管里。

人体口腔、咽喉部纵切图(左)和食物与空气在其中的流向图(右)。图片:according2robyn / blogspot;汉化:喵鱼酱

鲸类动物的咽喉部与人类的就有所不同了。通过解剖,研究人员发现鲸类动物的呼吸道和消化道是完全分开的两条通路。虽然它们也会交叉,但却不汇合,因为交叉处的会厌软骨以类似筒状的结构把两条通路完全隔开了,保证鲸类动物在水中张嘴吞咽食物时,头顶上方的呼吸孔仍能正常呼吸。

鼠海豚的消化道与呼吸道关系和食物与空气走向图。图片:according2robyn / blogspot;汉化:喵鱼酱

由于鲸类动物具备如此特殊的呼吸道与消化道结构,所以一直以来,各种科普教材上也都默认鲸类动物是完全不用嘴巴呼吸的。那么,有特例吗?

还真有!

02

身残志坚的矮海豚

这里我们就必须要提到一头颠覆传统、更新人类对海豚呼吸行为认知的小家伙了。这是一头成年的赫氏矮海豚(Cephalorhynchus hectori),也称新西兰海豚、大西洋黑白海豚,生活在新西兰利特尔顿港(Lyttelton harbor)附近的海域。自2014年初,研究人员就发现了这头小家伙的异常表现——它居然在用嘴巴呼吸

2016年,以新西兰奥塔哥大学(University of Otago)的 Stephen Dawson 为首的研究团队发表了一篇文章,文章详细描述了他们于2015年某日对这头赫氏矮海豚的行为观察记录。那天,研究人员在进行日常调查时,发现了这头矮海豚与它的六个小伙伴。研究人员立刻抓住了这一珍贵契机,录制了它完整的呼吸行为,随后对该特殊行为进行了细致的描述。

那头用嘴呼吸的赫氏矮海豚。图片:Stephen M. Dawson / University of Otago

理论上,由于海豚的呼吸孔位于头顶,因此海豚在出水呼吸时,吻部无需抬得很高。但这头矮海豚的出水动作就比较特别。每次出水时,它的头部都抬得比其他同伴高,出水后,它的呼吸孔也不像它的同伴那样完全张开。每次入水前,它会将嘴巴张开三到八厘米的宽度,随后再闭上嘴潜入水中。此外,每次它张开嘴巴,调查人员都可以听到它吸气的声音。

身残志坚的赫氏矮海豚出水场景(呼吸孔闭合)。图片:Stephen M. Dawson, et al. / Marine Mammal Science(2016)

正常的赫氏矮海豚的出水呼吸场景(呼吸孔张开)。图片:Stephen M. Dawson, et al. / Marine Mammal Science(2016)

2014至2015年,通过识别体表斑纹的方法,研究人员确认他们总共遇见了七次这头赫氏矮海豚。除了呼吸行为与众不同之外,它的体征和其他行为大致正常,身体状况良好。

这头赫氏矮海豚异常的呼吸行为督促我们再次审视“海豚的呼吸道和消化道是完全分隔开的”这句话的实际含义,并且质疑“海豚不用嘴巴呼吸”这句话的正确性。事实证明,这两句话都不够严谨,需要进一步补充。

图片:Stephen M. Dawson / University of Otago;汉化:喵鱼酱

让我们再次观察海豚的咽喉部纵切面。上图是Stephen 他们根据赫氏矮海豚的解剖结构绘制的示意图。这张图清楚地体现了海豚呼吸道与消化道交叉处的结构:喉部穿过食道,似筒状的会厌软骨插入内鼻孔,将呼吸道与消化道分隔。然而,如果用蛮力把会厌软骨掰下,那么海豚的口腔与气管也是可以相通的。只是正常情况下,连接会厌的腭咽肌强劲有力,会厌软骨因此被腭咽肌牢牢固定住,不像人类的会厌软骨那般灵活机动。

也就是说,海豚的会厌软骨其实是可以移动的,但移动也意味着错位。这头身残志坚的赫氏矮海豚就相当于主动(也可能是身体损伤被迫导致)让会厌错位,将会厌与口腔相连,从而实现用嘴巴呼吸。

可能是这头矮海豚的喉部肌肉或会厌有问题,例如遭受感染、损伤或长了肿瘤,使会厌不能正常工作了;也可能是它的呼吸孔的开闭肌肉功能存在障碍,或是它的鼻道内有异物或受到创伤,才导致“此路不通”,使它不得不另辟蹊径。

在发现这头赫氏矮海豚之前,研究人员还未曾发现用嘴巴呼吸的海豚的历史记录。研究人员普遍认为,正常海豚是做不到这样的自主调节的,如此操作对它们来说风险太大了。

03

贪心不足·蛇跟象同归于尽

既然正常海豚是做不到自主调节会厌的,那么意外导致的会厌错位,会带来什么后果呢?

同样是2015年,西澳的斯特拉坦海滩(Stratham beach)上出现了一头死亡的海豚。来自莫道克大学(Murdoch University)的研究人员认出了它是常在附近海域出没的海豚 Gilligan(是的,他们还给它取了名字)。Gilligan是一头成年雄性印太瓶鼻海豚(Tursiops aduncus),死亡时已超过20岁,应该是一头阅历丰富的壮年豚了。究竟是什么原因,让 Gilligan 这样的老江湖突然死亡呢?

Gilligan 的尸体在海滩上被发现时,嘴里含了只章鱼,有几条章鱼触手露在了外头。图片:Nahiid Stephens, et al.Marine Mammal Science(2017)

Gilligan 竟然是窒息而死的。

研究人员解剖了 Gilligan 的尸体,发现它体内有一只死亡的章鱼——毛利蛸(Macroctopus maorum,也叫毛利大章鱼,属名就是“大章鱼”的意思)。毛利蛸是生活在澳大利亚海域里体型最大的章鱼,同时也是世界上体型第三大的章鱼,腕展开最宽间距可达3米。杀死 Gilligan 的这只毛利蛸体重为2.1千克,腕展开达1.3米,但 Gilligan 的体长仅为2.4米。

解剖发现,这只章鱼将自己触手上的吸盘牢牢地吸在 Gilligan 的舌根、咽喉以及食道的若干个部位,并在吸附部位留下了许多圆形的突起(这得吸得多牢固啊)。

Gilligan 体内的章鱼吸盘以及吸盘留下的印迹。图中用作长度参考的木片长15厘米,宽1.7厘米。图片:Nahiid Stephens, et al. / Marine Mammal Science(2017)

死因分析表明,Gilligan 死于被异物堵塞呼吸道引起的窒息。恐怕这只章鱼在被 Gilligan 吞下时体力尚存,决定进行拼死挣扎。在挣扎过程中,章鱼的触手到处乱窜,窜到了 Gilligan 的会厌,将它的会厌软骨掰了下来,进而用触手堵住了它的呼吸道……或许这只章鱼也没想弄死 Gilligan,只是在寻找逃命的出口而已。

Gilligan 作为常年生活于附近海域的老江湖,怎么会被自己的食物“扼住命运的喉咙”呢?

研究人员整理了当地瓶鼻海豚捕食、处理章鱼的行为数据,发现尽管有些瓶鼻海豚在捕食时会抛甩章鱼,把它们弄死、弄散,但并非每头个体都能掌握这样的技能。例如本案受害者 Gilligan,自2007年被记录以来,都没有被观察到捕食过章鱼。

聪明的海豚要学会处理章鱼。图片:Kate R. Sprogis, et al.Marine Mammal Science(2017)

或许 Gilligan 是最近才学会捕食章鱼,亦或许 Gilligan 早就知道如何捕食、处理章鱼,只是研究人员没有观察到它的操作。但有一点是肯定的——Gilligan 对这项技能掌握得还不够充分,没把章鱼弄死,反而把自己的命搭了进去。

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隐隐约约的证据

其实在过去发生的事件里,我们能隐约推测出海豚的会厌结构是可以移动的。例如研究人员曾在一头赫氏矮海豚的胃里发现体长30多厘米的鳕鱼(然而赫氏矮海豚体长最长才1.5米左右,相当于你一口气吞了个键盘),想要吞下那么大的食物,海豚在吞咽时,喉部必须要移位才能保证食物在消化道里正常运送(吞下去时喉咙可能卡了一下)。此前也有别的文献描述了类似的案例。

接下来便是若干海豚因食物堵塞呼吸道而窒息死亡的案例。解剖发现,这些死亡海豚的喉部结构大部分是错位的(Gilligan:加我一个)。

此外,海洋兽医在救助吞入异物的海豚以及给海豚麻醉时,都需要用手探入海豚的嘴巴,移开海豚的会厌。类似的操作难度较高,尝试的人很少。

上述例子都证明了海豚的会厌结构是可以移动的,只是意外错位往往引向悲剧的结局。

在了解这些知识之后,我们回想一下(暴露年龄的)《海底总动员》里的情节:马林和多莉在掉入鲸的嘴巴里之后,从呼吸孔被喷了出来,这种情节可能发生吗?

可能的,但很困难!

除非它们很用力地把鲸的会厌软骨掰下来,钻进鲸的喉咙,再把鲸的会厌软骨拉回原处,最后让鲸恢复正常呼吸……算了,我觉得还是不太可能啦。

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