【鯨彩一生】拯救地球秘密武器:鯨魚便便 | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

【鯨彩一生】拯救地球秘密武器:鯨魚便便

2014年12月16日
作者:蔡政修(紐西蘭奧塔哥大學地質系博士生)

※編按:我們曾經在【鯨彩一生】系列文章「水肥煉金術──龍涎香」中提到若在抹香鯨直腸中有無法消化的食物(其實是便秘的產物),牠們累積到一定的量之後,就會反芻形成龍涎香,這樣的反芻物有「飄浮的黃金」之稱!但其實,鯨魚的糞便還有另一項拯救地球的功能,不只可以變黃金,還可以對全球的氣候變遷有實質上的影響,到底是什麼影響,讓鯨魚便便也有重要的用途?

聽起來好像很神奇,不過,讓我們先來看看「鯨魚糞便」有什麼成分,再接著看這些便便在生態環境所扮演的角色。

先前的「水肥煉金術──龍涎香」的文章裡有提到,抹香鯨(Physeter catodon)的糞便是液體狀態,而其它大型鯨類(如:鬚鯨Mysticeti)的糞便也是,而且主要皆漂浮在海面上。

生態系中最「細微」的美妙

最近的幾篇如Trish Lavery的團隊在2010年皇家生物學期刊(Proceedings of the Royal Society B)上對於抹香鯨糞便的研究,以及Stephen Nicol的團隊於2010年在魚類及漁業(Fish and Fisheries)對於大型鯨類糞便的研究皆清楚顯示──抹香鯨及鬚鯨類這些大型海洋動物的糞便裡都含有非常高濃度的化學元素「鐵(iron)」,而Stephen Nicol等人在文章中亦指出,這些鯨魚糞便中的鐵濃度大約為海水含鐵濃度的「1000萬」倍!

「鐵」在生態系中的重要性歸因於它是海中植物性浮游生物(phytoplankton)生長及進行光合作用不可或缺的微量元素。而植物性浮游生物在這裡扮演了兩個角色:

  1. 海中大量的植物性浮游生物在進行光合作用過程中,會使用到大量的二氧化碳(目前所認為造成全球氣候變遷的主要兇手之一),因此植物性浮游生物可以降低空氣中二氧化碳的濃度。
  2. 這些植物性浮游生物多為磷蝦的食物(Krill,如南極磷蝦,學名為Euphausia superba)。磷蝦是這些大型鬚鯨類的主要食物,而鬚鯨類吃了大量的磷蝦後,所排出來的糞便,又回到這生態系統裡,如提供「鐵」在植物性浮游生物生長及進行光合作用不可或缺的元素,這樣的循環於是形成一個穩定波動的生態系統。

以直觀的想法來看,如果磷蝦是鬚鯨類的食物,當主要吃磷蝦的消費者(鬚鯨)的數量減少後,這些被捕食者(磷蝦)的數量應該是會增加的。(因為捕食壓力減小了)

但19世紀及20世紀初期捕鯨業發達時,大量的鬚鯨類被捕殺後,磷蝦的數量不增反減,這也使海洋生物學家感到困惑。後來才發現,原來一般認為是「廢物」的鯨魚糞便,在生態系統裡扮演一個非常重要的角色:「提供植物性浮游生物所需的化學物質,因此進而增加這些植物性浮游生物及磷蝦的數量」。但是當鯨魚的糞便減少了,植物性浮游生物食物來源也相對減少,而植物性浮游生物變少後,磷蝦沒有植物性浮游生物可吃數量當然也跟著減少,大氣中二氧化碳的濃度於是增加了。

當我們認知到這樣的生態系統循環時,已經更進一步的體會到生態系的和諧及美妙之處。

生活於南太平洋的長鬚鯨(Balaenoptera physalus),骨骼標本展示於紐西蘭的Otago Museum。南太平洋為進行人工施肥(鐵)的大型實驗地。(作者攝於紐西蘭)

鐵假設實驗 鐵定成功?

在1990年的時候,John Martin於古海洋學期刊(Paleoceanography)清楚提出了一個對於全球氣候變遷想法:「鐵假設Iron Hypothesis」,也就是我們可以對海洋添加鐵來進行「人工施肥」去調節大氣中二氧化碳的濃度,即人為控制全球的溫度。而這20幾年來,已經有將大量的鐵投入到海洋中進行人工施肥的實驗,有興趣的讀者可以看Philip Boyd等人於2007在科學(Science)或是Raymond Pollard等人於2009年在自然(Nature)對於這一實驗的的回顧及研究文章。

雖然人工施肥到底會對於目前全球環境變遷的清況會如何影響還備受爭議中,但是我們很清楚的可以看到,在鯨魚糞便中的高含鐵量是對於這生態系統中很重要的肥料,如果可以維持這些大型鯨魚在自然界的數量,或許可以期待他們持續穩健的大便,而替這海洋的生態系統進行施肥,而不需要人為的干擾。畢竟我們對於這生態系統還沒有很全面性的理解,不清楚這樣的人為的大量施肥到底會帶來怎樣的後續發展。

透過這樣更進一步對於生態系統的理解,我們可以看到一般認為不起眼的鯨魚糞便確實是在這生態系統裡扮演了非常重要的角色,因為高濃度的含鐵量可以促進大量的植物性浮游生物的生長,讓這些植物性浮游生物進行大量的光合作用將大氣中的二氧化碳濃度降低,進而有機會可以對當下的全球環境變遷有調控的機制。

環環相扣 便便力量不容小覷

最後,從古生物學的角度來看,雖然無法確切得知或估計這些大型鯨豚類生物在地球歷史上的數量變化,但我們目前可以很清楚的看到這一兩百年來的捕鯨業確實是造成這些大型海洋哺乳動物數量的劇烈變化,而這樣鯨豚數量的改變,漂浮在海面上的鯨魚糞便的數量也不可避免地會有劇烈的波動,而造成我們目前看到的這個生態系統(鯨魚糞便—植物性浮游生物—磷蝦—鯨魚)的改變,進而影響到全球二氧化碳的濃度及全球的溫度。

生活於南太平洋的藍鯨(Balaenoptera musculus),骨骼標本展示於紐西蘭的國立博物館(Te Papa Museum)。南太平洋為進行人工施肥(鐵)的大型實驗地。(作者攝於紐西蘭)

一個生態系統的網絡並不會只有我們上述簡化後的情境,而是存在於這個地球上生物及非生物因子都會對這生態系有一定的影響力,但是其佔有的角色很多都還等待著我們去發現。有趣的是,以我們目前關注的「鯨魚大便」來說,它在此生態系統所佔有的角色,在某種程度來說,或許是有扭轉我們目前的全球環境變遷的影響力──「鯨魚便便拯救地球」!

作者

蔡政修

2004年參與了轟動一時的抹香鯨解剖,從此墜入了鯨魚的世界。從事鯨魚化石及演化的研究,陸續到世界各地看鯨魚標本,寫論文之餘書寫科普文章,讓大眾更進一步的瞭解鯨魚及演化的魅力。