虎鲸是地球上最强大的顶级掠食者之一，它们能够独自对抗大白鲨，攻击船只，并且拥有紧密的母系家族纽带。现在，一项新研究结合了标记数据、生理学、无人机影像和统计分析，证实了一个长期存在的假设：虎鲸在潜水之间只进行一次换气。这些发现发表在 5 月 15 日的《PLOS ONE》杂志上，可能对它们的保护产生重要影响。
该研究观察了加拿大不列颠哥伦比亚省海岸外的 11 条北方和南方居民虎鲸。居民虎鲸是一种生态型，专门以鲑鱼为食，尤其是体型较大、脂肪含量高且营养丰富的奇努克鲑。相比之下，迁徙性虎鲸或比格斯虎鲸则会捕食更大的猎物，包括海狮、海豚和其他鲸鱼等海洋哺乳动物。
该研究的合著者、不列颠哥伦比亚大学（UBC）硕士在读生Tess McRae告诉《流行科学》：“这项研究的初衷是为了更好地了解不列颠哥伦比亚省居民虎鲸的能量需求。我们的北方居民虎鲸受到威胁，而南方居民虎鲸则濒临灭绝。因此，了解这些鲸鱼消耗多少能量，以及它们需要多少食物才能生存，对我们来说至关重要。”
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与人类一样，虎鲸在进行捕食或长距离迁徙等高能活动时需要更频繁地呼吸，以便将更多氧气吸入体内。为了监测野外的鲸鱼，研究团队使用了吸附在 11 条虎鲸身上的标签来收集数据，包括潜水深度、声学数据和生物数据。
该研究的合著者、UBC 博士后研究员Beth Volpov 博士告诉《流行科学》：“这基本上就像给动物装上了一个健身追踪器。但由于它们生活在野外，我们无法直接测量。以往的研究使用过无人机或数据记录器，而我们则结合了这些方法，并将其与特定的鲸鱼同步。如果一头鲸鱼被标记，我们会实时从上方观察它。”
一段时间后，吸盘会脱落，浮到水面，然后被研究人员收集。这些数据与无人机飞行员 Keith Holmes 和 Hakai 研究院拍摄的无人机影像结合使用。McRae 可以研究这些无人机影像，评估鲸鱼正在进行的活动，并计算它们在不同行为中换气的次数。
Volpov 说：“无人机影像非常引人入胜，但对科学家来说，最具挑战性的是将一些视频片段转化为有意义的数字和数据分析。而这正是我们与统计学系合作发挥作用的地方，将视频转化为有意义的数字，以弄清楚到底发生了什么。”
研究合著者、UBC 统计学系博士候选人Evan Sidrow运用了深入的统计分析，对虎鲸的呼吸频率进行了更准确的分析。研究发现，虎鲸大部分时间都在进行浅潜，大多数潜水时间不到一分钟。其中一头成年雄性虎鲸的最长潜水时间约为 8.5 分钟。研究中的鲸鱼在休息时每分钟呼吸 1.2 至 1.3 次，在迁徙或捕猎时每分钟呼吸 1.5 至 1.8 次。相比之下，人类在休息时每分钟呼吸约 15 次，在运动时每分钟呼吸 40 至 60 次。
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研究合著者、UBC 教授Andrew Trites 博士在一份声明中表示：“虎鲸就像短跑运动员，不像蓝鲸和座头鲸那样拥有马拉松式的耐力进行深潜和长时间潜水。”
这种结合水上和水下数据以及统计分析的方法，使研究团队能够更好地了解虎鲸的活动。
美国和加拿大西部海岸的居民虎鲸由于多种原因而受到威胁或濒临灭绝。鲑鱼数量减少、船只撞击、化学污染和噪音污染都对这些鲸鱼造成了损害。截至 2023 年 12 月，估计仅剩下 74 条南方居民虎鲸。北方居民虎鲸仍然受到威胁，但情况较好，约有300 条。
McRae 说：“一旦我们掌握了它们的呼吸频率，就可以计算出能量消耗，然后计算出这些鲸鱼的食物需求。所以，这是了解这些鲸鱼生存所需的食物量的第一步，这对它们的保护很重要。”
