在浩瀚的海洋中，抹香鲸（Physeter macrocephalus）以其庞大的体型和深潜能力闻名，但它们隐秘的社交生活却一直是科学界难以窥探的领域。作为具有高度认知能力和复杂社会结构的海洋巨兽，抹香鲸生活在由多个母系家族（matriline）组成的社会单元（social unit）中，这些单元进一步聚合成更庞大的、具有文化差异的氏族。长期以来，科学家们推测，群体生活对幼鲸的共同抚育（communal allocare）和防御是驱动抹香鲸社会性演化的关键。然而，海洋环境的观测难度和抹香鲸深潜的生活方式，使得我们对其合作行为的具体机制，尤其是在分娩这类高风险、高需求的关键生命事件中，缺乏直接的定量证据。过去60年间，仅有4例关于抹香鲸分娩的零星报告，且多为轶事性或与捕鲸相关。因此，一个核心问题悬而未决：在新生幼鲸生死攸关的时刻，抹香鲸社会单元内部如何协调？亲属关系在其中扮演何种角色？这种合作行为是否如灵长类一样，能够超越亲缘界限？
为了回答这些问题，一个国际研究团队在2023年7月8日，于多米尼加海岸附近，利用高密度无人机成像、计算机视觉和先进的网络分析方法，首次对一个已知的、由11名成员组成的抹香鲸社会单元“A单元”的分娩事件进行了前所未有的、精细化的定量研究。他们的研究成果以《Cooperation by non-kin during birth underpins sperm whale social complexity》为题，发表在了顶级期刊《SCIENCE》上。这项研究不仅记录了一次罕见的鲸类分娩过程，更重要的是，它揭示了抹香鲸社会单元在分娩期间展现出的、超越亲属界限的高度结构化合作行为，为理解动物社会复杂性的演化提供了新的视角。
研究者们主要运用了以下几种关键技术方法：首先，利用大疆无人机（DJI Mavic 3）进行高空视频录制，获取了高分辨率（3840 × 2160 像素）的航拍影像。其次，开发了一套结合计算机视觉（computer vision）和机器学习（machine learning）的数据处理流程，用于从视频帧中分割、追踪个体鲸鱼，并估计其身体朝向。面对遮挡、水面反光等挑战，研究采用了专家知识指导的训练和验证。最后，他们将处理后的行为数据与长期的种群关联性（longitudinal association）及亲缘关系（kinship）数据相结合，通过多尺度网络分析（multiscale network analysis），量化了群体空间动态、个体互动和角色分工。所有个体身份的最终确认，均由一位拥有数十年经验的鲸类学家（S.G.）通过专门为本研究开发的交互式标注平台“Whale Tales”完成。
研究结果
抹香鲸幼鲸的诞生
2023年7月8日上午9点50分，研究团队遇到了由11头鲸鱼组成的“A单元”全体成员在水面聚集。该单元由两个在遗传上 distinct、通常分开觅食的母系家族组成。上午11点12分，分娩开始，一头已知的成年雌鲸（Rounder, #5714）的尾鳍处出现了幼鲸的迹象。其他成年雌鲸紧密地围绕在她周围。在34分钟的分娩过程中，血液喷涌标志着幼鲸的最终诞生。此后，群体行为迅速转变为高度协调一致：个体们轮流用身体托举、支撑并推动新生幼鲸浮出水面，这种行为被认为是在帮助负浮力（negatively buoyant）的新生儿呼吸。这一产后支持阶段持续了约一个小时，整个单元保持紧密聚集。
数据流程：数据集管理、计算机视觉与网络分析
研究者建立了一个从无人机影像中提取鲸鱼位置、朝向、身份和互动的标准化流程。该流程包括利用机器学习管道进行个体分割与轨迹追踪，并通过专家手动验证，最终将每帧的身份、亲缘关系、空间构型和身体朝向信息与长期行为、遗传记录关联，构建出可用于量化分析的数据集。他们将录像划分为产前、分娩中、产后和事件结束四个阶段进行分析。
集体群体动态
分析显示，在整个分娩事件期间，通常在水面单独或小群活动的A单元所有11名成员保持了异常紧密的队形，经常发生身体接触。研究人员通过三个指标量化了这一动态：空间内聚力（spatial cohesion）、物理接触（physical contact）和朝向同步性（orientation synchrony）。空间内聚力和物理接触水平在分娩前增加，在幼鲸诞生后立即达到峰值，随后在群体分散恢复觅食时下降。朝向同步性在分娩前也很高，并在产后分散阶段下降。统计检验证实，分娩事件期间各阶段的物理接触水平显著高于历史基线（典型觅食行为），其中产后阶段差异最大。这些指标表明，在事件期间群体社会参与度高，形成了高度协调的队形。
单元内的动态
母系混合与亲属同质性
研究通过计算“亲属同质性”（kinship homophily，即个体更倾向于与同母系家族成员关联的程度）来评估亲缘关系如何影响群体结构。在典型的觅食行为中，这两个母系家族几乎不在水面集群互动，因此同质性为1。然而，在整个分娩事件期间，同质性下降至接近0，表明尽管存在日常的觅食隔离偏好，两个母系家族在此刻完全混合在一起。在事件结束阶段，同质性恢复到基线水平，与典型觅食行为一致，此时两个家族重新分开。这一结果清晰地表明，分娩事件打破了基于亲缘的社交屏障。
集体注意力的转移
研究者通过基于余弦的方向性度量，量化了群体对特定个体（母亲和新生儿）的定向注意力。在分娩前和分娩中，群体持续将注意力（身体朝向）集中在母亲身上。幼鲸诞生后，集体注意力迅速、显著地转向新生儿，并在整个产后护理期间保持关注。相比之下，群体中的一头未成年雄性（Allan, #6088）则被持续回避。
合作分娩动态中的个体角色
亲属与非亲属对新生儿的集体持续性支持
通过分析个体与新生儿的物理接触和接近度，研究确认了持续的接触支持，通常在任何时刻都有两头或更多鲸鱼同时与新生儿接触。一个由母亲、她的同母异父姐妹、一只未成年非亲缘雌鲸以及新生儿所在母系家族中的一只年长雌鲸组成的“核心小组”，在分析时段内覆盖了新生儿被物理接触总时间的96%。所有单元成员都以某种形式参与了新生儿支持，每头鲸都在事件的某个时刻充当了主要支持者，这表明了一种具有轮替（turn taking）和冗余特性的分布式合作系统。
所有单元成员轮替提供新生儿支持
对个体、成对或三头一组同时接触新生儿频率的分析显示，许多配对（尤其是第二母系家族内的非亲缘配对）的同时接触率超过了偶然预期，表明存在非随机的协调。核心小组内部存在明显的轮替模式：当母亲暂时离开时，Aurora（#6302）承担了60%的支撑空缺，而Ariel（#57191）覆盖了剩余50%的空缺，这体现了时间上结构化的合作。统计验证确认了这些效应的显著性和幅度。
个体抚育角色
在这个广泛的合作模式中，显现出不同的个体抚育特征。最主要的贡献者包括母亲（Rounder）、她的同母异父姐妹（Aurora）和一只未成年非亲缘雌鲸（Ariel），她们在几乎整个观察到的产后阶段提供了连续支持。母亲与新生儿的距离很少超过1.5个幼鲸体长，并在约30%的帧中占据主要支持者排名。当年长雌鲸，如新生儿的祖母（Lady Oracle, #5712），在产后阶段扮演了更外围的角色，她们在分娩时在场，偶尔参与支持，但更多时候位于群体边缘或关注其他幼鲸。
研究结论与讨论
这项研究首次对鲸类（cetacean）分娩进行了定量分析，为了解这种海洋中社会性最复杂的哺乳动物之一的分娩行为及其社会和演化动力学提供了前所未有的见解。通过整合航拍影像、机器学习和长期行为与亲缘数据，研究者定量记录了抹香鲸分娩事件中的合作行为。长期以来，科学界假设该物种的群体生活主要由共同防御和幼鲸抚育的需求驱动。本研究提供了定量证据，表明无亲缘关系的成年雌性会进行集体合作，采取直接以幼鲸为中心的行为来确保新生儿的生存。研究结果为“幼鲸的生存（尤其是围绕分娩的关键时期）驱动了抹香鲸复杂社会组织所依赖的社会纽带（social bonds）的选择”这一范式提供了支持。这些发现将抹香鲸分娩行为的复杂性和协调性，与包括灵长类和人类在内的陆地哺乳动物置于了比较的语境中，引发了关于支撑和调节这些行为的认知结构和沟通系统的思考。研究表明，分娩期间的短暂性、结构化合作，可能是维系抹香鲸社会复杂性的关键机制，而现代观测工具（如无人机和计算机视觉）将继续揭示这些难以研究的物种的秘密。
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