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고래상어는 지구상에 존재하는 물고기 가운데 가장 거대한 크기를 가진 연골어류예요. 이름에 고래가 들어가지만 포유류가 아니라 아가미로 호흡하는 상어의 일종이에요. 성체의 길이는 보통 약 12m에서 18m 정도이며 몸무게는 약 15t에서 20t 이상까지 나가요. 거대한 몸집과 달리 성격이 온순해 바다의 온화한 거인이라는 별명을 가지고 있어요. 잠수부가 가까이 접근해도 공격하지 않는 경우가 많아 비교적 사람에게 위협적이지 않은 어류로 알려져 있어요.
외형적인 특징은 넓고 납작한 머리와 매우 큰 입이에요. 몸 전체는 짙은 회색이나 푸른색을 띠며 흰색 점무늬와 가로줄무늬가 불규칙하게 배열돼 있어요. 이 무늬는 개체마다 서로 달라 사람의 지문처럼 개체 식별에 사용돼요. 피부는 매우 두껍고 거칠어 외부 충격으로부터 몸을 보호하는 역할을 해요. 등지느러미는 2개가 있으며 강력한 꼬리지느러미는 먼 거리를 이동하는 데 도움을 줘요.
고래상어는 거대한 입을 가지고 있지만 작은 먹이를 먹는 여과 섭식 방식으로 생활해요. 플랑크톤과 크릴 그리고 작은 물고기나 오징어 등을 먹어요. 입을 크게 벌려 바닷물을 빨아들인 뒤 아가미에 있는 여과 장치를 통해 먹이만 걸러내고 물은 다시 배출해요. 이러한 섭식 방식은 대형 고래와 비슷한 특징을 보여요. 거대한 몸을 유지하기 위해 하루에 수십kg의 먹이를 섭취하며 먹이가 풍부한 해류를 따라 이동해요.