Почему морские млекопитающие большие и почему не стали еще больше

Нарвалы

Новое исследование опровергает теорию, по которой способность плавать помогла млекопитающим стать крупными и массивными. Синий кит (Balaenoptera musculus) является самым крупным млекопитающим, когда-либо жившим на Земле. Вырастая до 33 м в длину, он превышает по размерам баскетбольную площадку (28 м). Вес синего кита может достигать 150 тыс. т, что почти соответствует весу статуи Свободы без бетонного основания – 156 тыс. т.

Синий кит
Синий кит (Balaenoptera musculus)

Многие другие морские млекопитающие, такие как косатки и моржи, тоже не относятся к легковесным. Ученые на протяжении многих лет полагали, что в воде размеры тела не столь критичны, поскольку способность плавать, вероятнее всего, освобождает конечности от необходимости выдерживать вес тела.

Морж
Морж (Odobenus rosmarus)
Моржи
Моржи (Odobenus rosmarus)

Новые данные

Новое исследование опровергает эту теорию и вместо этого приходит к выводу, что максимальные размеры млекопитающих, на самом деле, в воде ограничены существенно больше, чем на земле. Это открытие, опубликованное в американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, демонстрирует, что размеры водных млекопитающих ограничены у нижних пределов необходимостью сохранять тепло, а у верхних – сложностями, связанными с нахождением достаточного количества пищи.

Косатка
Косатка (Orcinus orca)

«Мы исходили из того, что, судя по статистическим данным, водные млекопитающие, при прочих равных условиях, отличаются более крупными размерами», — рассказал изданию Seeker аспирант факультета землеведения, энергетики и экологии Стэнфордского университета и ведущий автор исследования Уильям Герти.

Африканский ламантин
Африканский ламантин (Trichechus senegalensis)

«Когда мы это выяснили, то также пришли к совершенно неожиданному пониманию, что эти млекопитающие, на самом деле, находятся под очень сильным эволюционным давлением, еще большим, чем то, с которым сталкиваются земные обитатели. Это идет вразрез с тем, что ожидалось от большинства гипотез, объясняющих, почему эти животные стали такими крупными», — объясняет ученый. Он также добавляет, что порядок размеров между самыми мелкими и самыми крупными водными млекопитающими значительно уже, чем между самыми маленькими и самыми большими наземными млекопитающими.

Белуха
Белуха (Delphinapterus leucas)

Из всех известных морских млекопитающих самое маленькое — это кошачья выдра (Lontra felina), которая весит не более 6 кг. Самое маленькое по массе наземное млекопитающее – карликовая многозубка (Suncus etruscus), масса которой составляет лишь 1,5 г. Самое крупное наземное млекопитающее это африканский Саванный слон (Loxodonta africana), самцы которого весят до 7 тонн, а самки – не более 5 тонн.

Кошачья выдра
Кошачья выдра (Lontra felina)

Герти и соавтор исследования Джонатан Пэйн, профессор геологии факультета землеведения, энергетики и экологии Стэнфордского университета, сопоставили на основании имеющихся научных данных массу тел 3 859 живущих и 2 999 ископаемых млекопитающих. Они проанализировали сведения о животных, количество которых составило 70% всех известных и обитающих на сегодняшний день видов и 25% вымерших. Использовавшиеся модели были разработаны при участии, в качестве соавтора, Крейга МакКлейна из Морского консорциума университетов штата Луизиана.

Горбатые киты
Горбатые киты (Megaptera novaeangliae)

В океан

Все морские животные, похоже, имели сухопутных предков. Морские котики и львы, к примеру, очень близко связаны с собаками, в то время как морские коровы (ламантины), имели общих предков со слонами. Киты и дельфины эволюционно связаны с гиппопотамами и другими копытными.

Калифорнийский морской лев
Калифорнийский морской лев (Zalophus californianus)

Исследователи выяснили, что когда жившие на суше предки сегодняшних морских млекопитающих постепенно адаптировались к жизни в водной среде, они очень быстро эволюционировали в сторону увеличения размеров и приходили к оптимальному весу около полутонны.

Обыкновенный дюгонь
Обыкновенный дюгонь (Dugong dugon)

«Поскольку млекопитающие являются теплокровными, то им необходимо постоянно поддерживать относительно высокую внутреннюю температуру тела, — рассказывает Герти, — Как только такое животное попадает в водную среду, это становится еще более сложной задачей, и единственным способом противостоять этому неблагоприятному воздействию – это становиться больше, чтобы уменьшать относительное количество энергии, которая теряется в окружающей тело воде».

Гренландский кит
Гренландский кит (Balaena mysticetus)

Кошачьи выдры приспособились к жизни в воде относительно недавно, поэтому они еще не успели последовать этому тренду. Это также может быть следствием того, что выдры до сих пор значительную часть своей жизни проводят на земле.

Кошачья выдра
Кошачья выдра греется на солнце ?

Могут ли синие киты стать крупнее?

Самые крупные морские млекопитающие – синие киты также являются очевидным исключением из правила среднего веса в полтонны.

Синий кит
Синий кит (Balaenoptera musculus)

«Самое занятное в вопросе оптимальной массы то, что если каждый вид стремился бы именно к этому весу, они все стали бы конкурировать между собой, и для каждого по отдельности это было бы плохо, — разъясняет Герти, — Кроме того, разница в объемах сохраняемой энергии между особями весом 100 кг, 500 кг и 1 000 кг не такая уж и существенная». По его словам, до тех пор, пока животное не начинает терять энергию, все нормально: «Поэтому, когда можно найти нишу, которая позволяет выживать при немного другой массе тела, то лучше воспользоваться этим преимуществом, чем пытаться конкурировать с другими видами при одинаковом оптимальном весе».

Синий кит
Синий кит (Balaenoptera musculus)

У синих китов есть система фильтрации планктона, известная как китовый ус. В пиковые периоды сезона питания эти океанские гиганты могут поглощать тонны криля и веслоногих рачков, которые относятся к мелким морских ракообразным.

Синий кит
Синий кит (Balaenoptera musculus)

При тех размерах, которыми обладают синие киты, созданная учеными модель говорит, что оптимальный размер этих морских млекопитающих мог быть больше. Стать еще более крупными синим китам могли помешать факторы, связанные с деятельностью человека. В беседе с изданием Seeker МакКлейн отметил: «Нам известно, что человек оказывает огромное влияние на формирование размеров тел животных, живущих как на суше, так и в океанах».

Усатый кит
Усатый кит (Mysticeti)

Он объясняет, что к такому же выводу ученые приходили и в более ранних исследованиях. Так, ряд научных трудов демонстрировал, что результатом рыбной ловли становилось уменьшение размеров всех видов промысловых рыб. Предыдущее исследование, которое проводилось под руководством МакКлейна, доказало, что уменьшение размеров китов стало результатом китобойного промысла.

Зубатый кит
Зубатый кит (Odontoceti)

Миллион лет до нашей эры

На размер животных влияют и другие факторы. В эру динозавров, за миллионы лет до появления современных видов животных, многие наземные животные вырастали зачастую до огромных размеров. Тиранозавр Рекс, к примеру, по некоторым оценкам, вырастал до 6,5 метров в высоту и весил до 9 тонн.

Тираннозавр
Тираннозавр (Tyrannosaurus)

«Крупный вес в некоторых случаях достигался из-за большего содержания кислорода в воздухе», — говорит МакКейн и добавляет, что в других случаях большого размера животные достигали, благодаря небольшому количеству или полному отсутствию конкурирующих за выживание видов.

Пакицет
Пакицет (Pakicetus) — один из самых древних из ныне известных предшественников современного кита, живший примерно 48 млн лет назад и приспособившийся к первым попыткам поиска пищи в воде.

Когда около 66 млн лет назад вымерли нептичьи динозавры и многие другие животные, выжившие млекопитающие развивались так, чтобы заполнить освободившиеся в экосистеме ниши. Те млекопитающие, которые в конечном итоге эволюционировали в водных обитателей, поначалу должны были жить на границе между сушей и водой, добывая такую пищу, как рыбы или морские беспозвоночные. Исследование о подобных трансформациях при изменении земной среды обитания на водную было опубликовано несколько лет назад в журнале Science.

Амбулоцет
Амбулоцет (Ambulocetus) — род ископаемых китообразных. Известен только один вид — Ambulocetus natans. Жил в эоцене на территории современного Пакистана. Является «переходной формой» между наземными четвероногими млекопитающими и современными китообразными Длина животного составляла примерно 3 м, вес — около 300 кг.

«Как только животное приноровилось к подобному рациону питания, единственным способом его улучшения становился дальнейший уход в водную среду. Разумеется, это был поэтапный процесс, который происходил на протяжении миллиона лет, что мы и видим по ископаемым данным», — сообщил Герти. Он также добавил, что хотя это и очень сложный процесс, «млекопитающие по меньшей мере шесть раз, согласно имеющимся ископаемым данным, совершали полный переход от наземных к водным видам. Все такие трансформации, похоже, происходили в разное время, поэтому не похоже, чтобы они были связаны с изменениями климата».

Родоцет
Родоцет (Rodhocetus) — род вымерших млекопитающих из семейства Protocetidae отряда китообразных, живших во времена эоцена (лютетский век). Переходная форма между современными китами и их наземными предками.

Что насчет людей?

Одной из самых противоречивых теорий об эволюции человека является акватическая теория или теория водной обезьяны. Впервые предложенная морским биологом Алистером Харди (1896-1985) в 1960 году, она утверждает, что предки современного человека были более приспособленными к жизни в водной среде. Но даже если это так, они, со всей очевидностью, не эволюционировали в морских млекопитающих.

Акватическая теория

Как заявляет Герти: «Безусловно, в ближайшем будущем, полностью адаптированного к жизни в воде человека мы не увидим, могу это утверждать абсолютно точно! По крайней мере, не без использования множества технологий. Если нам захочется захватить водную среду, это потребует миллионов лет, гораздо больший волосяной покров или же подкожный жировой слой, и к тому же дополнительную массу тела».

Формула эволюции

Средний размер тела живущих на Земле видов млекопитающих, равно как и других животных, можно объяснить базовыми законами физики и основными химическими реакциями. Однако выведение точной математической формулы, объясняющей это, на протяжении десятилетий было задачей, которая будоражила умы ученых.

Калан
Калан (Enhydra lutris)

«Хотя принципы и могут быть базовыми, а конкретные модели весьма элегантными по своей простоте, зачастую, требуются многие годы, чтобы найти простейшие решения. Я не намекаю на то, что наша работа сопоставима с открытием Эйнштейна, но формула E=MC2 достаточно простая и основана на базовых принципах, при этом потребовались годы, чтобы физики пришли к ней», — говорит МакКлейн.

Американский ламантин
Американский ламантин (Trichechus manatus)

Модели Герти и его коллег включают в себя гораздо более сложные формулы, но исследователи все еще продолжают работать над тем, чтобы до конца понять скрывающиеся за ними базовые процессы. «Я начал изучать схожие проблемы на примере ископаемых крокодилов, чтобы протестировать, можно ли использовать простейшие физиологические механизмы для разъяснения эволюции размеров их тел», — говорит Герти.

Обыкновенная морская свинья
Обыкновенная морская свинья (Phocoena phocoena)

Между тем, исследование морских млекопитающих обращает внимание на важность как температуры воды, так и доступности пищи для выживания животных. «Если мы хотим быть уверенными, что ни одна экосистема не будет затронута, мы должны обеспечить условия, при которых ни один из этих факторов не подвергнется резкому изменению»,- обращает внимание Герти.