我们中的一些人在超市里琳琅满目的货架上找想吃的东西就已经够费劲了。现在，想象一下，超市本身位于一片广阔、毫无特征的荒原中央，并且还在不断移动，这样你就能体会到开放海洋中的动物所面临的挑战了。
珊瑚礁等繁盛的栖息地可能展现了海洋迷人的一面，但世界上大多数海洋都是广袤的空虚。在这些水下沙漠中，所有生命都面临着同样的挑战：如何找到足够的食物。现在，有两项有趣的研究为我们揭示了从鲨鱼到细菌这样大小的捕食者所使用的策略。
大鱼...
在宏观尺度上，鲨鱼和金枪鱼等捕食者依靠化学线索来确定猎物的踪迹。鲨鱼是特别的追踪专家，但尽管它们拥有超凡的感官，也只能在一定范围内发挥作用。在浩瀚的开阔海洋中，它们更像是盲目的猎手，寄希望于偶然发现一些食物的踪迹。
英国海洋生物学协会的 David Sims 发现，许多大型海洋捕食者使用一种称为“莱维步（Levy walk）”的搜寻策略，尽管在这种情况下，它更像是一种游动。该策略由一个数学方程正式描述，但简单来说，它意味着动物在寻找食物时会进行几次短距离移动，中间穿插几次长距离移动。步长越长，出现的频率越低。
实际上，采用莱维步意味着在彻底搜索一个小区域后再进行一次长途旅行到全新的区域，而不是逐渐地在海洋中搜寻。这就像一个人在房间的特定角落里仔细寻找钥匙一样。
Sims 利用深度感应电子标签的数据，研究了五种截然不同的海洋捕食者在寻找食物时潜水和浮出水面的行为。令人惊讶的是，这五种物种——姥鲨、大眼金枪鱼、大西洋鳕鱼、棱皮龟和麦哲伦企鹅——都表现出相同的搜寻策略，而且这种策略非常接近理想的莱维步。
Sims 认为，捕食者之所以使用这种策略，是因为它针对猎物的分布模式进行了优化，例如磷虾，磷虾往往高度集中在特定区域，而在长距离内却稀少。有了这样的模式，莱维步比纯粹的随机搜索能给捕食者偶然发现猎物的机会更大。
然而，这种策略并非普遍适用。Sims 还测试了两种不使用莱维步的物种——猫鲨和象海豹。一只不到一岁的幼年姥鲨也不使用莱维步，这表明 Sims 认为幼年动物实际上是通过获得关于其猎物在海洋中如何分布的经验来学习这种策略的。
……小小的细菌
与鲨鱼一样，海洋细菌也通过化学线索追踪猎物，并依赖不可靠和不稳定的食物来源。在它们的例子中，食物是浮游生物释放的营养物质和废物。这些有机碎屑集中在小区域，其营养浓度可以是周围海水的千倍，但它们容易被洋流和涡流冲走或稀释。
因此，与多细胞捕食者不同，海洋细菌还有一个觅食的挑战——它们需要尽快到达食物源，以免其消散。为了了解它们是如何做到这一点的，麻省理工学院的 Roman Stocker 对一种名为 Pseudoalteromonas haloplanktis 的海洋物种进行了一项定制设计的障碍赛。
Stocker 利用一种称为微流体学（microfluidics）的技术，将细菌加载到一个精心雕刻的一系列微观通道中，并跟踪它们对营养物的追逐。他以模拟两种常见的海洋食物源的方式将营养物注入通道——一种是由细胞爆炸引起的营养物质爆发，或者是在下沉有机物后面拖曳的长长的营养物质羽流——所谓的“海洋雪（marine snow）”。
在这两种模拟中，细菌都在创纪录的时间内锁定了营养物，并在几分钟内形成密集的亮点，远在食物扩散到周围水域之前。在右侧的图像中，蓝色亮点是正在追踪营养物质羽流的细菌，其中营养物质羽流在白色区域最强，在黑色区域最弱。
P.haloplanktis 惊人的游动速度的关键在于驱动其鞭毛（尾巴）的一个非常快速的马达。由于需要到达即将消失的食物，它的最高速度可达 68 微米/秒，比肠道细菌大肠杆菌快两倍多。大肠杆菌生活在一个相对轻松的生活中，周围总是环绕着营养物。其他种类的海洋细菌甚至可以冲刺到惊人的 445 微米/秒，在不到一秒的时间内就能移动超过其体长的 200 倍。
以如此快的速度移动需要大量的能量，因为鞭毛的马达是一个效率极低的机器，它的转速越快，能量消耗就越大。尽管如此，在食物消失之前到达食物的好处，一定在一定程度上抵消了这些显著的成本。
参考文献： Sims, D.W., Southall, E.J., Humphries, N.E., Hays, G.C., Bradshaw, C.J., Pitchford, J.W., James, A., Ahmed, M.Z., Brierley, A.S., Hindell, M.A., Morritt, D., Musyl, M.K., Righton, D., Shepard, E.L., Wearmouth, V.J., Wilson, R.P., Witt, M.J., Metcalfe, J.D. (2008). Scaling laws of marine predator search behaviour. Nature, 451(7182), 1098-1102. DOI: 10.1038/nature06518
Stocker, R., Seymour, J.R., Samadani, A., Hunt, D.E., Polz, M.F. (2008). Rapid chemotactic response enables marine bacteria to exploit ephemeral microscale nutrient patches. Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.0709765105
