測試哺乳動物會不會游泳的殘酷實驗

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我女友的祖父母,奧黛麗和哈米什(Audrey and Hamish),是一對充滿好奇心的夫婦,對所有與生物學相關的事情都保持了熱切的興趣。 有一天,他們決定測試奧黛麗的一項經典理論。

"我一直認為所有哺乳動物都會產奶,並且會游泳,"她說,"雖然不是兩樣都會。"

於是,他們跟女兒們聚集在花園池塘邊,緊緊抓著他們的寵物豚鼠。"我們用了一個漁網,以防有人遇到危險,我們把豚鼠放在池塘一邊,讓它狗刨——或者說用豚鼠刨遊到另一邊。"

"這是我們唯一做過的實驗,"哈米什說,他認為由於大多數哺乳動物靠四肢行走,他們應該會本能地用"狗刨"式游泳。

但他是對的嗎?

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Image caption 大多數哺乳動物會本能地用狗刨式游泳嗎?(圖片來源:BlueOrangeStudio/Alamy)

一些哺乳動物顯然是天生的游泳者。鯨魚,海豹和水獺已經進化到能夠不費吹灰之力在水中游動。許多陸地哺乳動物也會游泳;狗當然是其中之一,還有其它家養動物例如羊和牛。即使貓也能遊得很好,儘管他們並不喜歡。

其它種類的哺乳動物卻有著不會游泳的名聲——比如駱駝。他們可能是沙漠之舟,但它們很少能在水邊,為何要擁有游泳的本領?事實上,諮詢過駱駝獸醫和牧場主之後,我們發現這些長著駝峰的四足動物在遇到水時會不可思議地渴望進入水裏,特別是稱為卡拉伊(Kharai)的古吉拉特(Gujarat)"游泳駝"這個品種。

與此同時,傳說豬也不會游泳,但這完全不是真的,巴哈馬政府會非常樂於告訴你,盤踞在大主礁(Big Major Cay)的海上豬群已經成為當地一個著名的景點,讓這個群島得以自封"游泳豬的官方之家"("Official Home of the Swimming Pigs")的稱號。

如果居住在沙漠中不代表不會游泳,那麼重量呢?

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Image caption 一些哺乳動物是天生的游泳健將(圖片來源:imageBroker/Alamy)

科學家曾經認為,大象這種陸地上最重的動物不會游泳。這個假設意味著生物地理學家必須想出為何在遠離加州、中國和地中海海岸的島嶼上存在像化石這一現象的複雜解釋。

事實證明大象是游泳健將,能夠一口氣遊接近50公里。甚至有人建議象鼻最初進化是作為浮潛的呼氣管。

即使是犰狳(armadillo)也不會被其笨拙的外殼所妨礙,當在水面上劃行時,它可以通過吸入空氣讓腹部和腸道膨脹起來,以抵消身體的重量。

這個方法對於初學者而言還不錯,但世界上已知有5,416種哺乳動物。要確認所有這些都會游泳,這牽扯要將許多不情不願的動物浸泡在池塘裏。

賓夕法尼亞州西切斯特大學(West Chester University, Pennsylvania)水中運動專家弗蘭克·費什(Frank Fish)說:"我得說已經做過這些實驗了。"沒有人會對每個哺乳動物進行實驗,但是有一段時間,把動物丟進水裏來測試它的游泳能力並非新鮮事。

1973年安·戴格(Anne Dagg)和道格·溫莎(Doug Windsor)所寫的一篇研究論文將27種陸行物種,從鼩鼱(shrew)到臭鼬(skunk),放入一個三米長的水槽中,觀察他們如何遊動的。幸運的是,他們都能夠游泳 —— 甚至是蝙蝠,它在水中"艱難地用翅膀划水,好像人類的"碟式蛙泳"(butterfly breaststroke)。"

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Image caption 即使蝙蝠也可以用翅膀游泳(圖片來源: Arco Images GmbH/Alamy)

可悲的是,研究人員並不總是滿足於發現動物能否游泳。 戴格和溫莎的論文提到了50年代末直至整個60年代進行的一系列毫無同情心的實驗,實驗中各類物種被強迫遊動直至筋疲力盡或者死去為止"。

值得慶幸的是,今天不太可能進行這種實驗。 "道德已經改變了,當時可以接受的事情如今是不能接受的,"費什證實道。

除此之外,這樣的研究似乎證明了奧黛麗的理論,特別是即便對水中生活完全不習慣的動物,例如蝙蝠,也能在水裏遊得很好。

那為什麼對哺乳動物而言,即使是那些沒有什麼必要去游泳的動物,存在游泳這樣一種廣泛的行為呢?費什認為這是哺乳動物解剖結構的副產品。他說:"哺乳動物具有大小恰到好處的肺,這將給他們帶來相當的浮力。" "皮毛也很重要,但隨著哺乳動物越來越大,它的重要性就變小了。"皮毛與哺乳動物堆積的皮下脂肪一起,使它們能夠適當地浮起來。

"考慮到所有這些,哺乳動物更能浮起來,"費什說,"如果你能漂浮,那麼你就可以游泳。"

那麼我們是要假設每個哺乳動物都會游泳嗎?1963年地一篇關於"金倉鼠的游泳能力"的愉快而難解的專題論文中寫道,"眾所周知,大多數野生哺乳動物都可以游泳"。大部分,但不是全部。從文獻中可以看出,共有兩組哺乳動物不會游泳:長頸鹿和大型類人猿。

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Image caption 長頸鹿可以浮起來,但要竭力保持他們的鼻孔不進水(圖片來源: Steve Bloom Images/Alamy)

長頸鹿絶對不像天生地游泳者。有這樣極端的解剖結構,它們似乎真地無法漂浮在水中。沒有人會愚蠢地建造個長頸鹿大小的水箱,但感謝一些好奇的古生物學家,我們可能不必這麼做。

受到眾多有關這個主題的研究文獻引發的好奇心的驅使,科學作家和古生物學家達倫·耐什(Darren Naish)決心測試長頸鹿不會游泳的假說。他在《四足動物學》(Tetrapod Zoology)博客中寫道:"我非常懷疑這類斷言,像巨龜、豬、犀牛和駱駝這類動物,有時會被說成不會游泳,其實它們遊得還行甚至是很好。"

為了設計一項符合道德標凖而且不用水的實驗,耐什找到加拿大艾伯塔省特蘭赫勒的皇家泰瑞爾古生物學博物館( Royal Tyrrell Museum of Palaeontology in Drumheller, Alberta, Canada )的唐納德·亨德森(Donald Henderson)。亨德森專門製作已經滅絶和現存的動物的電腦模型。 "我最初開始製作這些運動模型是為了分析運動和估測體重,但後來我意識到我也能用他們來觀察漂浮效果,"他解釋說。幸運的是,亨德森實際上有一個預先凖備好的長頸鹿模型,所以雙方決定最終把事情進行下去,確定它是否能夠漂浮。

亨德森說:"我們發現長頸鹿可以漂浮,頭部靠近水面,但是這樣的姿勢讓保持鼻孔不進水有點難,"亨德森解釋說,這種長肢上的阻力也使得它在水中顯得非常笨拙。他說:"長頸鹿游泳並非不可能,但是會很費勁,我可以明白他們為什麼不願意這樣做,"他總結說, "這可能會導致我們觀察不到長頸鹿游泳。"

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Image caption 類人猿可能天生不會游泳,但他們可以學習如何游泳(圖片來源: Arco Images GmbH/Alamy)

測試類人猿游泳能力的方式,遠遠談不上人性化。行為生物學家羅伯特·耶克斯(Robert Yerkes)記述了二十世紀之交的一個故事,布朗克斯動物園(Bronx Zoo)的創辦人威廉·霍納代(William Hornaday)將一個溫馴的猩猩(orang-utan)帶到了一條小河上洗澡:

"我把他放在水面上後放手,這非常違背它的意願。他是否游泳?幾乎沒有,他立刻把腳翻上來,他的腦袋往下墜,好像裏面灌滿了鉛而不是大腦。"

這項殘酷的實驗很不幸並非例外。耶克斯自己描述了他曾將年輕的黑猩猩投入水中,看他們是沉沒還是游泳。他表示:"毫無例外,他們激烈地掙扎,然後快速沉沒,"他寫道。因此,動物園經常使用護城河防止類人猿逃跑。

霍納代描述"它不是像其他動物那樣用胳膊和腿猛烈地擊打,它們的肢體只是像四根棍子一樣從身體上直接伸出來,緩慢地微弱地移動"。顯然,對於類人猿來說,某些事情使得他們無法協調地游泳。

南非威特沃特斯蘭德大學人類進化研究所(University of the Witwatersrand's Institute for Human Evolution in South Africa)研究員雷納托·本德爾(Renato Bender)說:"人們會告訴你,黑猩猩不能游泳,因為他們浮不起來。 "這跟浮動無關,而是關於擁有正確的游泳姿勢。"

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Image caption 被捕食者追捕時,袋鼠可以逃到水裏(圖片來源: Marc Anderson/Alamy)

他的觀點是,大多數哺乳動物本能地會游泳,因為他們用的是與在陸地上同樣的姿勢——就像我女朋友的祖父哈米什所懷疑的那樣。 費什說:"如果你是一個四足動物,當你游泳時,基本上你做的就是使用已經建立起來的運動模式,並將其應用到水中。這就是為什麼游泳的四足動物都傾向於使用"狗刨"式。

注意到被捕食者追捕時袋鼠會逃到水裏,堪培拉澳大利亞國立大學(Australian National University in Canberra)的喬治·威爾遜(George Wilson)發現,當之前沒有游泳經驗的紅袋鼠進入水池時,它們就開始狗刨,這與他們通常的跳躍步態有很大的不同。

他得出結論認為這可能在其進化史上"代表回歸早期"。即使在最優秀的適應了水生的生物中,模式也大致相同。 "海豚基本上是在水下無腿奔跑,"費什說。

但類人猿也是四足,那為什麼這個邏輯不適用於他們?

早在2013年,本德爾和他的妻子妮科爾(Nicole),一位瑞士伯爾尼大學(University of Bern, Switzerland)的醫學研究員,就通過拍攝到一隻名叫庫珀(Cooper)的黑猩猩和一個名叫蘇莉亞(Suryia)的猩猩快樂地遊過泳池的視頻向流行觀點發起了挑戰。這是觀察到大型類人猿游泳的第一個視頻。

反直覺的,研究人員認為這個行為解釋了類人猿缺乏天生游泳能力的原因。

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Image caption 我們許多人孩提時就學會了游泳(圖片來源: Nick Moore/Alamy)

這些類人猿不是生來就具備這個能力;他們不得不學習。本德爾自己以前就是一名游泳老師,他指出了他們動作方式的一個關鍵區別:少用狗刨,更多使用蛙泳姿勢。

他認為這種風格的變化並不是意外,而是暗示著深刻的進化史。由於這些類人猿的祖先適應樹上的生活,不僅喪失了進入水裏的需要,也改變了神經運動系統和解剖結構,使其更適合於通過樹木擺動行進。

這些變化導致了一個類人猿的祖先不僅喪失了慾望,而且也喪失了狗刨式游泳的能力,這一假說稱為"薩奇(Saci)最後的共同祖先假說",薩奇這個名字是本德爾借用自巴西民間傳說中一個獨腿角色,他不能游泳。在某些類人猿學會游泳的罕見例子裏,源自樹上生活方式的新增肢體運動姿勢使採用蛙泳中的"蛙踢"式更為自然。

這裏的意思是,游泳不僅僅是浮力和四肢的快樂副產品,而且自然選擇(natural selection)在其他所有哺乳動物身上都積極地保留了游泳的能力。然而,費什認為這可能是一個延伸:"當魚類開始從水中走出的時候,哺乳動物在泥盆紀(Devonian)時期喪失了水生能力,"他解釋說。 "這是將你回歸的機會保持了一段很長的時間。"

不過,奧黛麗的假說並不偏離太遠。游泳似乎在一些相當意想不到的哺乳動物的生態學中起著驚人的作用,無論是史前大象的流散還是袋鼠逃避掠食者的追殺。也許這是比以前所認可的更重要的行為。

那麼對於游泳已經超越了生態學意義的哺乳動物,那個另外的不會游泳的大型猿類——即人類——來說呢?

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Image caption 嬰兒沒有先天的游泳能力(圖片來源: Cultura RM/Alamy)

有一個普遍的信念,也許源自那張涅槃樂隊(Nirvana)專輯的封面,嬰兒擁有先天的游泳能力。這不是真的。當嬰兒浸在在水中時確實能夠屏住呼吸,這不應該被誤認為是游泳。屏住呼吸是哺乳動物潛水反射的一部分 ——由於浸入水中而產生的一整套生理變化,存在於所有哺乳動物身上,但在海洋物種中最強。像我們的猿類表兄弟庫珀和蘇莉亞一樣,人類必須學會游泳。

但是,我們作為聰明的靈長類動物,我們已經學得很好。世界上最好的自由潛水員和奧林匹克運動員可以實現對任何其他陸地哺乳動物而言難以想像的英勇事蹟,世界各地的人們為了工作、玩耍和文化的緣故而學習游泳。

與其他猿類相比,我們與水的親和力這一特徵鼓勵所謂「水猿假說」的流行。這個理論認為,我們的許多體態特徵(無毛,雙足,腦容量大等)是由我們進化歷史中有一段時間生活在半水的環境中所致。

水猿假說缺乏科學支持,但卻獲得了很多信徒。本德爾覺得它的受歡迎程度扼殺了對靈長類動物與水的相互作用以及它對我們的行為和演化的影響的嚴肅研究。

"我想讓人們明白,你應該區分人類進化中水的因素和水猿假說,然後開始進行科學研究,"他說。 "有很多證據表明黑猩猩和猩猩可以玩水玩幾個小時。水很有趣,有靈智的動物會覺得水很迷人,而我們是有靈智的動物。"

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