又老又冷:格陵兰鲨鱼的超长寿命
1624年,荷兰人在后来的曼哈顿建立了一个贸易站,路易十三开始建造凡尔赛宫,弗吉尼亚州的詹姆斯敦成为英国的直辖殖民地。这也是最近在北大西洋寒冷水域捕获的格陵兰鲨鱼最有可能出生的年份。
这是根据国际著名杂志《科学》(Science)今天的封面故事报道的研究得出的结论。这项研究由哥本哈根大学的朱利叶斯·尼尔森(Julius Nielsen)和约翰·斯蒂芬森(John Steffensen)领导,威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋科学研究所的理查德·布里尔(Richard Brill)和来自丹麦、格陵兰、英国和美国的其他研究人员共同撰写
根据2010年至2013年期间在探险中收集的格陵兰鲨鱼组织的放射性碳定年法,科学家们计算出他们最大的标本——一个16英尺长的庞然大物——的年龄为392年,不确定性为正负120年。这样看来,他的寿命至少为272岁,最多为512岁,后者给出的出生日期是1504年——米开朗基罗完成《大卫》的那一年。对较小的鲨鱼的不确定性估计较小:那些估计寿命为200岁的鲨鱼两侧各40年,而那些被发现年龄在50岁左右的鲨鱼两侧只有5年。
研究小组的研究结果表明,格陵兰鲨的寿命比任何已知的脊椎动物都要长,鉴于商业捕鱼的压力,人们对格陵兰鲨的保护提出了担忧。这些鲨鱼是在北大西洋捕捞鳕鱼、大比目鱼和其他海底生物时偶然捕获的,它们自己最近也被列为出口到中国的外来海产品。这种肉被认为是有毒的——Steffensen说格陵兰人从不吃这种肉,也避免给他们的雪橇狗吃新鲜的肉,因为它们会“喝得酩酊大醉”——但根据丹麦渔业利益,可以通过“煮-干煮”的方法来食用这种肉。
除了生长缓慢之外,使格陵兰鲨鱼容易受到捕捞的一个相关因素是它们达到性成熟的年龄较晚。尼尔森说:“据报道,雌性达到性成熟的体长超过13英尺,相应的年龄至少为156±22岁。”因此,任何在其生命的前一个半世纪内被捕获的雌性都不会有繁殖的机会。
优雅的老化
长期以来,科学家们一直怀疑格陵兰鲨的明显年龄是基于它们巨大的体型和布里尔所说的“极其缓慢”的生长速度。最大的动物超过20英尺,体重超过一吨,而早期的标记研究表明,这些行动迟缓的冷水动物每年生长不到半英寸。
但长期以来,让这些软骨生物衰老是个挑战。布里尔是一名鱼类生理学家,他在VIMS和国家海洋渔业局之间工作。他说,他在这个项目中的主要角色是与Steffensen、Nielsen、奥胡斯大学的Jan Heinemeier和印第安纳大学南本德分校的Peter Bushnell合作,研究如何使一只动物衰老,因为它像所有其他野生动物一样没有出生证明,同样麻烦的是,没有科学家通常用来测定其他海洋和陆地脊椎动物年龄的骨生长环。
毫无疑问,研究人员决定研究一个看似令人惊讶的地方——鲨鱼的眼睛。Steffensen用一个故事描述了这个想法的起源,这个故事听起来像是来自CSI的一集。“2009年,我从格陵兰鲨鱼身上得到一块椎骨,并说服当地医院制作x光片。但很明显,它并没有真正钙化,因此没有提供任何信息。”于是他联系了海涅迈尔,海涅迈尔告诉他法医使用眼睛镜片来确定人类遗骸的年代,并建议他们用鲨鱼来尝试这种方法。
“你的晶状体中的晶体蛋白质是你与生俱来的,”布里尔说。“这是你身体中唯一不会翻转的组织,所以动物的历史就记录在那里。把它想象成一个洋葱,最外层是最年轻的,而核心或细胞核是你和格陵兰鲨鱼的母亲给你的部分。”
为了给这个眼睛日记分配日历年,研究人员求助于放射性碳测年法,这是一种常用的有机材料测年技术。就其目的而言,一个特别重要的事件是第二次世界大战后开始的地面核试验向大气和海洋释放了大量放射性碳同位素。在活组织中检测到这种“炸弹尖峰”提供了一个明确的信号,表明这些组织是在1960年左右之后发展起来的。
当研究人员测量28条鲨鱼眼睛组织中的放射性碳水平时,他们发现只有3条最小的鲨鱼(1英尺、5英尺和7英尺长)的放射性碳水平高于1960年以后出生的动物的预期水平,这意味着他们所有的其他标本都超过56岁,或“核弹前”。将这些老鲨鱼的长度与自然产生的放射性碳同位素的标准衰变率进行比较,发现了一条优雅的衰老曲线:大约出生在1900年的11英尺长的鲨鱼,大约出生在1800年的15英尺长的鲨鱼,以及大约出生在1700年或更早的16英尺长的鲨鱼。
VIMS名誉教授、世界知名鲨鱼专家杰克·穆西克(Jack Musick)没有参与目前的研究,他称研究小组在格陵兰鲨鱼衰老方面的成功是“一个重大突破”。他说:“格陵兰鲨鱼和相关物种没有我们用来使某些鲨鱼衰老的鳍刺,而且我们试图在它们的椎骨上找到年轮——我们对大多数鲨鱼使用的衰老方法——被证明是徒劳的。”
他补充说:“发现它们可能超过100岁,我并不感到惊讶。四百是极端的,但却是可信的,因为这个物种生活在如此寒冷的水中,新陈代谢极其缓慢,而且长得如此巨大。”
研究小组用放射性碳年代测定法证实了玛土撒拉式的故事。这包括化石燃料燃烧和其他现代人类活动所产生的污染物的存在,这些污染物只存在于体型小于10英尺、年龄不到100岁的鲨鱼身上,与20世纪初工业革命全面爆发的时间一致。
他们还继续对这个鲜为人知的物种进行其他研究,包括使用弹出式卫星标签来更好地了解它的范围和行为。Steffensen说:“格陵兰鲨是第二大食肉鲨鱼,仅次于大白鲨,但我们对它们几乎一无所知。我们预计它们的分布会很大,当然在整个北极地区,也可能在北大西洋的大部分地区,但是它们在哪里分娩——没有人知道;我们希望对此进行进一步研究。至于饮食,它们被认为是食腐动物,但我们不相信这一点,因为我们在它们的内脏里发现了新鲜的鱼,有一次甚至发现了两只完整的海豹。”
“我们真的不知道他们是如何谋生的,”布里尔补充道。“我们知道它们吃海豹,但如果你看到它们,它们就像一根又大又慢的木头,这让它们很容易处理,但我们无法弄清楚一只如此迟钝的动物是如何吃掉海豹的。”
布里尔说,他们大约四年前开始的标记工作,目前正在与挪威和冰岛的合作伙伴合作。“我来自印第安纳州和丹麦的同事已经在这些动物身上贴上了近30个弹出式卫星标签,我们现在正在整理这些数据。”他们希望在明年某个时候公布这些结果。