为什么鲸鱼上下摆尾,鲨鱼却左右摆尾?哪种方式游泳效率更高?

大型海洋动物首推鲸豚和鲨鱼,当我们在海面上看到远处有个大家伙游过来,怎么知道是凶狠的大白鲨还是温顺的海豚呢?很简单,尾巴竖着的是鲨鱼,横着的是海豚。摄影师做航拍的时候,如何一下子区分鲨鱼和海豚呢?也很简单,左右摆尾的是鲨鱼,上下摇尾的是海豚。鲨鱼和鲸豚为什么会有这种区别呢?

鲨鱼的尾巴是高高竖起的

两种不同的脊椎结构

鲸豚虽然现在长着像鱼一样流线型的身体,它们却是哺乳动物。哺乳动物脊椎结构与鱼类截然不同,它们的脊椎主要沿上下方向运动,而鱼类脊椎是左右摆动的。尾巴里的骨头是尾椎,为脊椎的一部分,运动方向和整条脊椎一致。所以哺乳动物包括鲸都主要是上下摆尾,而鱼类都是左右摆尾。

鲸豚的尾巴是横着的,分成两叶

为什么会有这个区别呢?因为哺乳动物是生活在陆地上的,鲸虽然现在在海里,它的祖先也在陆地上。在陆地上首要的是站起来,因此要有腿。但动物的腿不能像桌子腿一样,要起到能移动身体的作用,因此需要关节将腿和身体连接,然后按一定方向转动,推动身体前行。

哺乳动物要往前走,四肢是前后摆动的。如果脊椎左右摆动,脊椎运动和四肢运动不在一个平面上,整个身体会非常僵硬;但如果设计成上下摆动就非常方便了。因此哺乳动物最终选择了上下摆动的脊椎,对直立行走的人类来说就是前后摆动。我们应该感谢祖先的这个伟大进化,不然的话我们得像螃蟹一样横着走道了。

瓶鼻海豚

而鱼类从诞生之日起五亿年来就一直生活在水里,从来没有在陆地上生活过,在水里鱼儿不需要腿,身体左右摇摆就能很方便地游泳,因此鱼类从来没有改变过脊椎,保留了原始的左右摆动方式。

我们注意观察可以发现,鱼和哺乳动物有个显著区别是,鱼类脊椎从侧面看是僵直的,而哺乳动物脊椎有一定弧度,看起来弹性十足。

马林鱼骨架

此外,哺乳动物用来支撑体腔的肋骨,连接于脊椎的左、右两侧,而鱼类支撑身体的棘突(就是我们都讨厌的鱼刺)却是从脊椎向上、下生长的,它们都避开了脊椎摆动的方向。鱼类何止尾巴是竖着的,整个身体都是竖扁的,而鲸类的躯体就显得比较浑圆。

哺乳动物都是由鱼类演化而来的(鱼类→两栖类→爬行类→哺乳类),但距今约5000万年前,当鲸类的祖先决定重返海洋的时候,它们已经离开水2.5亿年了。它们的身体结构已经高度适应陆地生活,无法变回鱼类祖先的样子。于是,它们只得就现有结构进行调整和改造,前肢特化为鳍状肢,无用的后肢退化,尾巴变得粗大有力。

瓶鼻海豚骨架

受脊椎结构的限制,鲸类无法像鱼那样左右摆动身体,它们发现自己上下摆动身体呈波状游泳更轻松,因此鲸类就选择了这种运动方式。其他的海洋哺乳动物包括海豹、海狮和海牛,都是类似这样游泳的,只不过鲸类最适应水生,尾巴尤其发达,最引人注目罢了。

海豹也是横尾,游泳时上下摆动身体

两种尾巴的优劣

鲸豚的“横尾”和鱼类的“竖尾”哪种运动效率更高?更进一步说,脊椎上下运动和左右运动孰优孰劣?这个问题得区分来看,要说在陆地上,脊椎上下运动的优势很明显,因为这种方式动物移动更快,运动能力更强。

现存陆生脊椎动物中鳄鱼、蜥蜴和蛇是左右摆动的,它们只能肚皮贴地匍匐前行。而高等动物鸟类和哺乳类的脊椎都以上下运动为主。四足动物源于鱼类,最初也是左右摆动,然而后来出现的新运动形式很快占据了优势。自恐龙以来两亿多年,称霸地球的都是脊椎上下运动的动物。有人认为,恐龙在运动方式上的革命性进步,是它们取得霸主地位的优势之一。

蓝枪鱼冲出水面

不过在水里,上下摆尾和左右摆尾谁都没有明显优势。事实摆在眼前,这两种尾巴谁也没有淘汰谁。鱼类已统治海洋五亿年之久,至今依然繁荣。而鲸类虽然下水只有几千万年,但对海洋的适应无疑也是优秀的,它们目前已经占据了海洋的各大生态位,其中包括有史以来最大的动物之一蓝鲸,和当今海洋霸主虎鲸。

鲸和鱼类在游泳和潜水方面表现都很出色,证明横尾和竖尾都能很好适应水生生活。鲸是用肺呼吸的,必须呼吸空气中的氧气,因此它们潜水能力不如鱼类。而肺呼吸在有氧运动上占优势,所以鲸虽然爆发力和冲刺速度不及鱼类,巡航速度胜之。这些差异都与尾巴形状和运动方式无关。

蓝鲸不仅是最大的生物,也是巡航速度最快的

最后要声明一点,本文说的是脊椎主要运动方向,并不是说这些动物的脊椎就只能在一个方向上运动。例如,蛇的脊椎主要是左右摇摆的,但也具备上下运动的能力。我们人类的脊椎也能在一定幅度上左右弯曲,但明显不如前后运动的能力强。大家日常看到猫、狗左右摆尾,其实它们尾巴左右摆的幅度有限,上下摆却可以达到近180度。