为了拯救濒临灭绝的鲸鱼，看看它们的粪便

当塞缪尔·瓦瑟和他的同事第一次到海边寻找鲸鱼粪便时，他们发现这种不寻常的消遣方式偶尔会引发误会。有一天，他们被一名正在搜捕毒贩的县治安官注意到了。“他朝我们走来，以为抓到了我们，”华盛顿大学西雅图分校保护生物学中心主任瓦瑟说。该团队解释说，他们船上的狗正在嗅探一种大多数人几乎用不到的材料。

“你在开玩笑，”警长最后说道。有一段时间，他远远地注视着这些科学家。然后他把船开走了，让他们继续工作。

这项研究可以揭示很多关于那些体型巨大、科学家难以追踪和研究的动物的信息。鲸鱼在尾流中留下的粪便中充满了信息。它携带着激素、污染物、肠道微生物和鲸鱼及其猎物的 DNA 残留物。它可以揭示鲸鱼的压力有多大，或者它是否怀孕了。

波士顿新英格兰水族馆安德森卡伯特海洋生物中心高级科学家罗莎琳德罗兰说：“确实没有其他方法可以了解我所说的鲸鱼的内在，即了解它们的生理机能。”

到目前为止，罗兰已经仔细研究了五种鲸鱼粪便中的激素，并将研究范围扩大到北海狗、海狮和西印度海牛。她和其他科学家从 1999 年开始就一直在收集鲸鱼粪便。现在，他们辛勤、恶臭的工作开始结出硕果。粪便样本提供了证据，表明这些海洋哺乳动物如何受到噪音或食物匮乏的威胁，或者它们感染了哪些寄生虫和毒素。研究人员希望，这些观察结果将帮助他们找到拯救濒危鲸鱼的方法。

寻找宝藏

当然，粪便并不是科学家用来研究野生动物的唯一材料。但抽血会让动物感到紧张，而控制大型鲸鱼并不现实。然而，粪便是可以取用的。“这是大量的信息，以前如果没有接触过被捕鲸者杀死或搁浅死亡的鲸鱼，就无法获得这些信息，”罗兰说。

而且由于收集粪便不会打扰鲸鱼，科学家可以反复从同一只鲸鱼身上采集粪便。“你可以反复收集样本……而不会对它们造成侵入性伤害，”科瓦利斯俄勒冈州立大学的海洋生态学家 Leigh Torres 说。“这是一个生物金矿。”

这种珍贵物质的外观和气味根据其来源不同而略有不同。濒临灭绝的北大西洋露脊鲸是早期粪便收集工作的重点，而露脊鲸的粪便恰好非常独特。弗拉格斯塔夫北亚利桑那大学的生物学家凯瑟琳·亨特 (Kathleen Hunt) 经常与罗兰合作，她说，露脊鲸的粪便往往呈亮橙色，这可能是因为露脊鲸以桡足类微小甲壳动物为食。与其他一些物种的粪便不同，露脊鲸的粪便会漂浮在水面上。“这很有用，因为……当它漂浮时，你可以更容易地发现它，”她说。另一方面，“它是我处理过的所有粪便样本中最难闻的。”

但这种腐臭的鱼腥味对科学家来说其实是个好消息。“这几乎就像是故意设计得很明显一样，”亨特说。“纯粹是运气好，我们从最好的粪便开始。”

此外，她现在也不再那么在意恶臭了。“在实验室里处理了多年露脊鲸粪便后，你实际上已经习惯了这种气味，”她说。“我高兴地随身携带着一小袋鲸鱼粪便……走廊尽头、拐角处的人向我抱怨说，气味太难闻了，他们无法工作。”

与此同时，托雷斯追踪的灰鲸会排出一股红色或棕色的粪便。她和同事们只有大约 30 秒的时间，尽可能多地将粪便扫入细网中，然后粪便就会沉入水中。“粪便有海洋的气味，”她说。“它的味道不像它们的呼吸那么难闻。”

瓦瑟说，有时只能收集到一小撮粪便，然后波涛汹涌的海水就会把它们全部冲散。他研究的虎鲸的粪便颜色从浅棕色到深绿色不等，闻起来有鲑鱼的味道。“它的颜色和水的颜色没有太大区别，”他说。“不太容易看到。”

幸运的是，他有狗可以帮他追捕粪便。瓦瑟训练从收容所救出的精力充沛的狗，让它们专注于鲸鱼和其他受威胁和濒危动物的粪便。这些狗“永不满足”的玩耍欲望意味着它们不太可能被收养，但却使它们成为敬业的工人。它们可以在近一英里外闻到粪便的味道。一旦瓦瑟和他的团队被引导到猎物那里，这些兴奋的狗就会得到一个球作为奖励。

不幸的是，鲸鱼不会按指令排便。亨特说：“样本何时出现，完全取决于鲸鱼的消化道。”需要等待多年，收集足够的粪便，才能对鲸鱼做出任何推断。

还有其他方法可以获取鲸鱼排泄物。研究人员正在开发一种名为 SnotBots 的无人机，用于捕捉鲸鱼从喷水孔呼出的蒸汽。鲸鱼鼻涕随时可用。但它也被海水稀释，使其更难分析。

喧闹海洋中的生活

粪便可以让我们了解鲸鱼是如何受到噪音污染影响的。托雷斯说，鲸鱼依靠声音来导航、捕猎和交流。因此，由于船舶交通、声纳和地震油气勘探，海洋噪音越大，鲸鱼就越难以正常生活。

亨特推测，这种体验可能类似于整天待在喧闹的夜总会里。“你仍然可以四处走动，仍然可以吃饭，仍然可以和朋友聊天——但你不得不大声喊叫，耳朵嗡嗡作响，这有点累人。”

我们知道，长时间处于嘈杂环境中会让人感到压力大，不利于健康。科学家怀疑鲸鱼也受到了类似的伤害，并观察到鲸鱼会闭嘴或离开嘈杂区域。但很难将噪音与鲸鱼体内的变化联系起来。

“你不能直接向整个东海岸宣布‘好吧，我们将在两周内停止驾驶船只’，”亨特说。“如果没有海洋噪音，很难研究情况会怎样。”

她、罗兰、瓦瑟和其他同事只有一次这样的机会，而且这不是他们所期望或希望的。在 9/11 之后的几天里，飞机和轮船交通都中断了。罗兰和她的同事碰巧在缅因州海岸东北部的芬迪湾研究露脊鲸。“9/11 之后，我们决定继续我们的工作，尽管发生了一些事情，”她说。他们录制了海湾的声音，收集了鲸鱼粪便，并仔细阅读了船舶交通日志。

9/11 事件发生后，船只噪音急剧下降，鲸鱼粪便中与压力有关的激素含量也急剧下降。研究小组在随后的四年中没有发现压力激素出现类似的下降。他们的研究表明，船只噪音的持续嗡嗡声会给鲸鱼带来长期压力。

托雷斯还对噪音污染对鲸鱼的危害感兴趣。多年来，她一直在俄勒冈海岸附近收集灰鲸的粪便，这些灰鲸经常受到船只交通和风暴和海浪的自然声音的影响。她的团队还在新西兰收集蓝鲸的粪便。在这个地区，经常可以看到船只在海底用脉冲声波敲击并聆听回声来寻找石油。

随着时间的推移，托雷斯希望绘制出压力激素正常变化的图景。她和同事最感兴趣的激素皮质醇会根据鲸鱼的状况、它摄取的食物量或它是否怀孕而上升或下降。“一旦我们弄清楚了这些趋势，我们就可以添加噪音成分，”她说。该团队还在跟踪鲸鱼的肥胖程度和饱腹程度，以及随着时间的推移海景的噪音程度。

她希望，最终他们对压力荷尔蒙的理解也能应用于那些太过难以捉摸或濒临灭绝而无法排出大量粪便的鲸鱼。

挨饿

噪音并不是鲸鱼必须应对的唯一与人类相关的压力源。瓦瑟目前正在研究南方居留鲸鱼，这是一种濒临灭绝的群落，它们在夏季和秋季生活在英属哥伦比亚、华盛顿和俄勒冈州的海岸附近。2005 年，当这些鲸鱼首次被列为濒危物种时，它们的数量约为 90 头。从那时起，它们的数量持续下降，现在只剩下 78 头。

鲸鱼的困境可能有三个罪魁祸首。它们可能受到船只交通的干扰，或者可能接触到有毒化学物质。还有奇努克鲑。南部定居的虎鲸喜欢这种最大、最肥的鲑鱼。人类也是如此——奇努克鲑被过度捕捞，鲸鱼的猎物稀少。“濒临灭绝的鲸鱼种群正在捕食一种濒临灭绝的鱼类，”瓦瑟说。瓦瑟的粪便学研究表明，猎物的缺乏是虎鲸境况不佳的主要原因。

多年来，他和同事发现，这个种群中大约有 30 头成年雌鲸，但产下的幼鲸数量却比预期的要少。因此，他们一直在给鲸鱼做妊娠测试——通过检测粪便中的孕酮和睾酮等激素，可以判断鲸鱼是否怀孕以及怀孕多久。瓦瑟和他的团队检测到的怀孕鲸鱼中，近 70% 以流产或死产告终。

如果动物要流产，这通常会在早期发生。但令人惊讶的是，虎鲸在妊娠后期失败的怀孕率很高。这表明鲸鱼有能力怀孕，但无法保住怀孕。

原因在于食物不足。Wasser 和他的团队检查了成功怀孕和失败怀孕的雌性动物粪便中两种激素的平衡情况。甲状腺激素有助于控制新陈代谢；当食物匮乏时，动物会分泌较少的甲状腺激素。Wasser 说，这“就像刹车并放慢了速度，这样你就能坚持更长时间，直到找到食物为止”。皮质醇在营养方面也发挥着作用。在危机时刻，这种激素会调动葡萄糖为动物提供能量。

这些不幸的鲸鱼体内的皮质醇含量相对较高，而甲状腺激素含量较低。研究小组得出结论，这些鲸鱼长期营养不良。亨特解释说：“如果它们没有足够的脂肪和鲸脂，就无法生下幼崽。”为了让这些虎鲸有机会茁壮成长，我们还需要保护它们的鲑鱼猎物。

亨特、罗兰和托雷斯发现，皮质醇等应激激素也可能是鲸鱼受到周围嘈杂环境干扰的迹象。但对于瓦瑟尔的虎鲸来说，食物匮乏似乎更为重要。每年 8 月中旬，鲸鱼粪便中的应激激素就会减少，而此时正是鲑鱼数量最多的时候，船只也最有可能出海，利用好天气。

食物匮乏也可能加剧鲸鱼所遭受的污染物造成的危害。怀孕后期流产的雌鲸粪便中 PCB 的浓度也更高，这种化学物质如今仍残留在某些建筑材料和其他产品中。许多污染物在动物的脂肪组织中积聚。“当它们耗尽食物并燃烧脂肪时，毒素就会进入血液，”Wasser 说。

一切都在粪便中

科学家发现，通过粪便，人们可以探测鲸鱼面临的多种压力。这意味着他们可以收集证据，了解鲸鱼如何因人类噪音或重要猎物丢失而遭受痛苦。罗兰还在研究藻类产生的神经毒素，包括那些导致赤潮的毒素，以及露脊鲸粪便中的贾第鞭毛虫等水生寄生虫。

了解所有这些不同的考验很重要，因为气候变化可能会带来更彻底、更棘手的变化。亨特说，露脊鲸在芬迪湾出现的频率已经越来越低。这表明它们正在追随微小的甲壳类猎物，因为海温上升，它们被驱赶到北方。

她说：“如果我们仍然可以减轻包括海洋噪音在内的所有其他影响对鲸鱼造成的压力，那么它们就更有机会灵活地应对食物移动的巨大变化。”

这是一项艰巨的挑战——噪音污染在过去几十年中不断增加，如今 90% 的世界贸易都是通过货船进行的。但船只的噪音可以小一些，这也将使船主受益。“噪音大的发动机效率低下，”亨特说。还有其他激励措施；温哥华港已降低噪音较小的船只的停靠费。科学家们希望，许多其他鲸鱼面临的挑战也可以通过巧妙的设计和妥协来解决。

不过，第一步是了解鲸鱼粪便中留下的痕迹。这意味着要年复一年地收集数百袋鲸鱼粪便。这是一项臭气熏天但令人激动的工作。“每次鲸鱼排便都会让人兴奋不已，”托雷斯说，“因为我知道这是对这种动物生物学的又一次绝佳观察。”