Китообразные - киты, дельфины и морские свиньи - отряд исключительно водных млекопитающих, внешне похожих на рыб, но отличающихся от них наличием теплокровности, легочного дыхания, вынашиванием детеныша в матке и вскармливанием молоком. По этим и некоторым другим признакам они сходны с другими млекопитающими, и общий план их строения также свидетельствует о принадлежности к данному классу животных.
Сопротивление воды в 800 раз больше, чем в воздухе, поэтому обтекаемая торпедовидная форма тела сформировалась у китообразных как приспособление к водному образу жизни. Шерстный покров, задние конечности и уши – помеха при движении в водной среде, поэтому у китообразных они отсутствуют. Передние конечности превратились в грудные плавники - это рули высоты, поворотов и торможения; они же обеспечивают движение тела назад. У большинства видов китообразных появляется спинной плавник, придающий устойчивость телу в воде. Толстый подкожный слой жира защищает тело от охлаждения и используется как энергетический запас во время сезонных голодовок китообразных, поэтому он сильно колеблется по сезонам года. Утрата задних конечностей, крестцового отдела позвоночника и таза не только увеличивает свободу движения хвостового стебля, но и позволяет китообразным рождать очень крупных и развитых детенышей. Череп китов приспособлен к тому, чтобы дыхание совершалось при выставлении ноздрей из воды без изгибания шеи (ноздри смещены на темя). Дыхало - одно или два наружных носовых отверстия - расположено на вершине головы и открывается лишь в момент короткого дыхательного акта выдоха - вдоха, производимого сразу же после выныривания. В прохладную погоду при выдохе взлетает вверх конденсированный пар, образуя так называемые фонтаны, по которым китобои различают вид кита. Иногда с этим паром взлетают и распыленные брызги воды. Все остальное время, пока длится дыхательная пауза и животное ныряет, ноздри плотно закрыты клапанами, которые не пропускают воду в дыхательные пути. Китообразные могут долго (кашалоты и бутылконосы до 1,5 часов) находиться под водой с одним и тем же запасом воздуха: большая емкость легких и богатое содержание мышечного гемоглобина позволяют им уносить с поверхности повышенное количество кислорода, который расходуется очень экономно. Во время ныряния пульс замедляется более чем вдвое и ток крови перераспределяется так, что кислородом снабжаются в первую очередь мозг и сердечная мышца. Менее чувствительные к кислородному голоданию ткани (особенно мышцы тела) переводятся на «голодный паек». Пониженная чувствительность дыхательного центра к накоплению углекислоты в крови позволяет китообразным удлинять дыхательную паузу и использовать ее для кормежки.
Китообразные очень прожорливы. Киты поглощают в сутки до тонны корма! У китообразных очень длинный кишечник и сложный многокамерный желудок, состоящий, например, у клюворылов из 14 отделов, а у гладких китов – из 4.
Роды китообразных происходят под водой. Китята уже с первых минут жизни ориентируются в водной среде.
Все китообразные очень хорошо слышат под водой, а зубатые киты, подобно летучим мышам, обладают способностью к эхолокации, которая во многом заменяет глаза, возможности которых в воде ограничены. Китообразные способны улавливать широкий диапазон звуковых волн от 150 до 120-140 тыс. гц, т. е. даже ультразвуковые колебания. В связи с тем, что голосовые связки у китообразных отсутствуют, они не могут издавать звуки обычным для млекопитающих способом. Возможно, звуки производятся в результате вибрации нижней части перегородки между носовыми мешками. Дельфины способны испускать серии коротких звуковых импульсов, длительность которых составляет 1 мс, а частота следования меняется от 1-2 до нескольких сот герц.
Живут киты до 50, а мелкие - до 30 лет.
Распространение большинства видов китообразных очень широкое, чему способствует отсутствие резко выраженных преград в океане. Китообразные живут локальными стадами, возможно семьями, и даже при очень далеких миграциях, как правило, не переходят экватора. Есть холодолюбивые виды, живущие в полярных и субполярных водах (белухи, нарвалы, гренландские киты), теплолюбивые (полосатик Брайда), тропические и субтропические (многие дельфины, карликовые кашалоты) и виды с широким ареалом, включая космополитов (почти все полосатики, кашалоты, касатки и др.).
В результате приспособления к сезонным условиям питания и размножения у китов образовалось несколько биологических групп. Одни виды стали совершать строго регулярные миграции в пределах Северного или Южного полушария: на зиму (почти все усатые киты, часть клювокрылых и кашалоты) плывут в низкие широты для родов, а на лето - в умеренные и высокие для нагула жира. (На полях нагула в Арктике и Антарктике планктонных организмов в 10-20 раз больше, чем в тропиках.) Другие виды (малые касатки, гринды, отчасти сейвалы, нарвалы и др.) стали перемещаться хотя и на значительные расстояния, по менее правильно и с нарушениями сезонных сроков. Третья группа (афалины, речные дельфины, серые дельфины и др.) перешла к сравнительно оседлому образу жизни: их кочевки проходят в пределах небольшой акватории.
Отряд китообразных делится на два подотряда: зубатых китов и усатых китов. Первые считаются менее специализированными; к ним относятся, в частности, клюворылы, кашалоты, касатки, а также более мелкие формы – дельфины и морские свиньи. Кашалоты достигают в длину 18 м при массе 60 т; длина их нижней челюсти доходит до 5–6 м.
Люди охотятся на китов с древности, а китобойный промысел существовал еще до 10 в. Кроме мяса, большую ценность представляет китовый жир (ворвань), идущий на изготовление мыла и косметических кремов. Из печени китов добывают витамин А, из кишечника – амбру, придающую стойкость духам. В результате бесконтрольной добычи популяция китов очень сильно сократилась и некоторые их виды оказались на грани вымирания. Для защиты китообразных от истребления 18 стран заключили международное соглашение, регулирующее размеры промыслов. Соглашение запрещает добывать гладких, серых, синих и горбатых китов. Не подлежат убою сосунки, кормящие матки и неполовозрелые особи всех видов китов. Общая добыча не должна превышать устанавливаемую для каждого года квоту (норму выбоя). В Мировом океане выделены запретные зоны для китобойного промысла; продолжительность китобойного сезона не может выходить за пределы установленных сроков.
Отряд Ластоногие (Pinnipedia)
Крупные млекопитающие, приспособленные к длительному пребыванию в воде (в морях и некоторых больших озерах) и плохо передвигающиеся на суше. Отряд включает 31 вид. К ним относятся моржи, ушастые тюлени (котики и др.) и настоящие тюлени. Ластоногие произошли от сухопутных хищников, с которыми их до сих пор иногда объединяют в один отряд. В связи с приспособлением к жизни в воде форма тела ластоногих обтекаемая, голова округлая, лишенная ушных раковин или с зачатками их, шерсть короткая, жесткая (у котиков - с мягким подшерстком), у взрослых моржей - совсем рудиментарная. Конечности превратились в ласты, пальцы соединены плавательной перепонкой. У моржей и ушастых тюленей задние конечности еще могут подгибаться, у тюленей же они постоянно обращены назад и расположены вдоль хвоста (короткого у ластоногих). Подкожный жировой слой очень толстый, защищает животное от воздействия низких температур (сохраняет тепло) и облегчает массу тела. У некоторых видов имеются воздушные мешки, ответвляющиеся от трахеи или даже от пищевода; они дают возможность иметь запас воздуха при нырянии и уменьшают массу тела. Передний мозг хорошо развит. Глаза большие, с шаровидным хрусталиком, что дает возможность видеть в воде. Зубная система в связи с тем, что в воде жевать нельзя, упростилась: зубы однородные, число их увеличилось, они служат только для захва-тывания добычи. У моржей верхние клыки превратились в мощные бивни, при помощи которых эти животные выкапывают со дна моллюсков. Питаются ластоногие рыбой и различными беспозвоночными (моллюсками и др.). Размножение происходит на суше. Ластоногие - большей частью стадные животные.
Ластоногих добывают из-за мяса, жира, шкур и меха. Очень ценный мех дают котики. Промысел ластоногих везде ограничивается, однако их численность сокращается. Ряд видов занесены в Красные книги.
Ластоно́гие - группа млекопитающих, которую ранее выделяли в отдельный отряд, объединявший тюленей и моржей.
Это средних размеров или крупные (даже очень крупные - морской слон весит 4-5 тонн) животные, приспособленные к жизни в воде. Добывают пищу они только там; но размножаются исключительно на суше. Этим ластоногие отличаются от китов и сирен и потому справедливо считаются полуводными животными. Всего в мировой фауне насчитывается 35 видов ластоногих, в России - не более 15.
Появились эти морские звери по эволюционным меркам совсем недавно, каких-нибудь 25-30 миллионов лет назад. Их предками были наземные хищники, причем доподлинно установлено, что разные представители отряда ластоногих произошли от разных ветвей хищных. Так называемые ушастые тюлени - морские львы, котики, моржи - имеют общихе корни с медведями, а настоящие тюлени - такие, как нерпы - с куньими. Из-за этой разнородности ластоногих нередко лишают «права» считаться самостоятельным отрядом, включают в хищных.
Общий облик ластоногих вполне "морской". У них вытянутое сигарообразное туловище обтекаемой формы, хвоста почти нет, ноги превращены в гибкие ласты, пальцы целиком заключены в плавательную перепонку. Устройством ласт две ветви ластоногих сильно различаются. В "медвежьей" линии передние ласты очень большие и широкие, задние сохранили способность подгибаться вперед, звери могут передвигаться по земной тверди на ногах, плавают же главным образом с помощью передних ласт. В "куньей" линии, напротив, сильнее развиты задние конечности, но подгибаться вперед они уже не могут: эти тюлени по суше передвигаются только на брюхе подобно гусенице-землемерке, похожие волнообразные движения всем телом они совершают, и когда плавают. В отличие от хищных, зубная система у ластоногих мало дифференцирована: выделяются лишь крупные клыки, а расположенные за ними зубы небольшие, сидят довольно редко. Их назначение - не рвать добычу, а только схватить и не дать вырваться.
Представители отряда - обитатели преимущественно холодных вод у материковых побережий, в тропических водах встречаются лишь единицы. Два вида нерп обосновались во внутренних водоемах - в Каспийском море и в Байкале. Живут эти звери почти всегда большими скоплениями, собираясь на береговых лежках или на льдинах сотнями, а то и тысячами особей. Питаются они мелкой пищей, которую заглатывают целиком: главным образом это рыба, некоторые поедают ракообразных и моллюсков. Детеныши родятся вполне развитыми - зрячие, могут активно передвигаться по суше, а вскоре после рождения и в воде.
Многие ластоногие были важным объектом пушного промысла. Из-за хищнической добычи численность таких зверей, как морской котик, морж, некоторые нерпы, резко сократилась, они охраняются законом.
Водные млекопитающие с веретенообразным телом, превращёнными в плавники (ласты) пятипалыми передними и задними конечностями, пальцы которых, снабжённые когтями, соединены толстой плавательной перепонкой, направленными горизонтально назад задними конечностями, полной зубной системой (из резцов, клыков и коренных зубов), одной или двумя парами сосков на брюхе, двурогой маткой и кольцеобразным последом.
У некоторых ластоногих пальцы ступней совершенно неподвижны, и границы их неразличимы при внешнем осмотре. Часть ластоногих при нахождении на суше переступает задними ластами, тогда как большинство видов их просто волочит. Сравнительно небольшая голова довольно чётко отделяется от шеи, но сама шея, короткая и толстая, непосредственно переходит в округлое тело, суживающееся сзади. Хвост представляет собой небольшой отросток. Морда у ластоногих короткая, спереди закруглена, пасть глубоко прорезана, на верхней губе расположены усы из упругих щетин. Ноздри щелевидные, расположены наискось, при нахождении в воде закрываются клапанами. Глаза большие, с мигательной перепонкой, уши у большинства видов не имеют наружной раковины. Кожа толстая и плотная. У одних она почти голая, а у других покрыта длинными жёсткими волосами. Преобладающий цвет шерсти - желтовато-серый или жёлтый с рыжеватым оттенком. Хорошо развит жировой слой кожи, надёжно защищающий организм от потери тепла.
Питаются рыбой, ракообразными, моллюсками.
Ластоногие распространены во всех морях мира, заходят в реки и большие озёра и встречаются даже во внутренних озёрах Азии, оставшись там после отступания морей и океанов.
60. Непарнокопытные, характерные черты строения. Представители. Эволюция лошадиных, значение исследований Ковалевского В. О.
Отряд Непарнокопытные (Perissodactyla).
Непарнокопытные , или непарнопалые (лат. Perissodactyla ) - отряд крупных и очень крупных наземных млекопитающих. В отличие от парнокопытных (Artiodactyla ) для них характерно нечётное число пальцев, образующих копыта. Отряд содержит три современных семейства - лошадиных (Equidae ), носорогов (Rhinocerotidae ) и тапировых (Tapiridae ), которые вместе насчитывают 17 видов. Родство этих внешне весьма отличающихся друг от друга семейств впервые установил зоолог Ричард Оуэн в XIX веке, придумав также название непарнокопытные (англ. odd-toed ungulates ).
Эти копытные животные еще сравнительно недавно были широко распространены и многочисленны. В настоящее время остались лишь тапиры, носороги и лошади. Число пальцев различно: у тапиров передние ноги четырехпалые, задние - трехпалые, у носорогов все ноги трехпалые, у лошадей - однопалые. Характерно для всех непарнокопытных сильное развитие третьего пальца, через который проходит ось конечности, у лошадей он остался единственным. Ключиц нет. Все непарнокопытные ~ крупные животные.
Семейство тапиры (Tapiridae) - самые примитивные животные из современных непарнокопытных. Подобно вымершим древним представителям отряда, они имеют многопалые конечности, живут в лесах и питаются мягкой растительностью. Когда-то тапиры были широко распространены в разных частях земного шара, но потом были вытеснены более совершенными непарнокопытными и теперь сохранились в болотистых лесных чащах Центральной и Южной Америки и Юго-Восточной Азии. Такое «разорванное» распространение характерно для многих вымирающих форм.
Семейство носороги (Rhinocerotidae) - огромные, сильные животные (длиной до 5 м и массой более 2 т) с очень толстой кожей, лишенной волос. На носовых и лобных костях у них сидят один или два рога. Эти непарнокопытные обитают в Южной Азии и в Африке. Они были широко распространены в течение большей части третичного периода, а некоторые из них жили еще в четвертичном периоде. Сейчас внесены в Красную книгу.
Семейство лошадиные (Equidae) - наиболее прогрессивная группа непарнокопытных, приспособленных к жизни на открытых пространствах - в степях и полупустынях. Животные сильные, быстро бегают, их органы чувств (в особенности слух и обоняние) прекрасно развиты. Современные лошадиные относятся к одному роду - лошадь (Equus), в состав которого входят четыре вида (другие авторы выделяют их в особые подроды). В особый подрод выделяют, например, зебр. Эти животные с характерным полосатым рисунком обитают на открытых местах разных частей Африки. Одни зоологи всех зебр относят к одному виду, распадающемуся на несколько подвидов, другие различают три самостоятельных вида. Дикие ослы (Equus asinus) сохранились на севере Эфиопии, в Сомали и Эритрее. От них произошли домашние ослы. В полупустынных районах Азии (Туркмения, Иран, Афганистан, Монголия, Китай, Тибет, Западная Индия и т. д.) обитают куланы (Equus hemionus). Этих животных часто называют полуослами, но по мнению других авторов, куланов следует считать примитивными лошадьми. Дикие лошади Пржевальского (Equus przewalskii), названные в честь великого русского путешественника Н. М. Пржевальского, открывшего ее, в диком состоянии сохранились, возможно, только в Центральной Азии, хотя еще недавно были распространены в степях Европы и Северной Азии. В Европе последние дикие лошади, близкие к лошади Пржевальского, - тарпаны (Equus gmelini) - были истреблены в середине прошлого столетия. От кого именно произошли домашние лошади, точно не установлено, возможно, что от нескольких диких видов, близких друг к другу.
«Их отличный слух не снижается ни отсутствием наружного
уха, ни суженным, заросшим слуховым проходом. Дельфины воспринимают не
только звуки, но и инфра- и ультразвуки,
лежащие далеко за пределами человеческого слуха. Они прекрасно разбираются
в многоголосом хаосе моря и очень точно определяют, с какого направления
поступает звук. В воде это сделать не может ни одно наземное млекопитающее.
Вибрация
черепа под воздействием звуковых волн мешала бы такому определению, если
бы правое и левое ухо китообразных не были изолированы от костей черепа.
Среднее и внутреннее ухо помещаются в двух очень плотных костных образованиях:
первое в барабанной, а второе – в околоушной кости (…). Обе кости жестко связаны
и подвешены на короткой сухожильной связке одна над другой в обширной барабанной
полости черепа и со всех сторон окружены воздушными камерами, заполненными пеной
из жировой эмульсии. Эта пена, содержащая миллионы воздушных пузырьков, поглощает
все звуковые колебания, которые проводят череп, мускулатура и сало. Остается
единственный путь для звука попасть во внутреннее ухо – через наружный слуховой
проход и цепь косточек среднего уха. Но в 1964 году американский ученый К. Норрис
обнаружил и другой путь передачи звука – через нижнюю челюсть. Значение этого
волновода экспериментально подтвердили в 1968 году электрофизиологи США и Японии
Т. Буллок, А. Гринелл, Е. Икезоно и другие. Нижняя челюсть своим задним концом
вплотную подходит к ушной области дельфинов и в задней части имеет очень тонкие
наружные костные стенки. Этот участок Норрис и рассматривает как «акустическое
окно» для прохождения звука. При этом ход акустических лучей во время эхолокации
таков (…): локационный пучок, произведенный воздушными мешками, а затем отраженный
от костной стенки черепа и преломленный жировой подушкой (акустической линзой),
встречает на своем пути, например, рыбу. Отраженные от рыбы акустические лучи
возвращаются в ухо дельфина: сначала через кожу к самой тонкой части нижней челюсти
– костной мембране (0,3 мм толщиной), отсюда к внутричелюстному жировому телу
и, наконец, в ухо. При всем том имеет значение угол, под которым отраженные звуковые
волны падают на нижнюю челюсть и в зависимости от этого проводятся с различным
эффектом. Коэффициент звуковой передачи будет высоким, если угол падения звуковой
волны к нижней челюсти будет не менее 30°, точнее – от 30 до 90°. В связи с этим
обстоятельством и рассматривается привычка дельфина покачивать («сканнировать»)
головой при приближении его к добыче.
Сильное развитие нервно-рецепторного аппарата в нижней челюсти дельфинов может
служить дополнительным аргументом к концепции К. Норриса о поступлении акустической
информации через нижнюю челюсть. Дельфины, слуховые отверстия которых закрывались
присосками из латекса, продолжали спокойно пользоваться гидролокацией. В опытах
американских и японских исследователей восприятие звуков через нижнюю челюсть
оказалось в 6 раз выше, чем через слуховой проход.
Вот почему теперь думают, что наружный конец слухового прохода не играет большой
роли в проведении звуковых волн.
Ушные проходы дельфинов – тонкие, нитевидные, чуть изогнутые каналы – открываются
на обеих сторонах головы позади и чуть ниже уровня глаза. На середине пути канал
зарастает, но вновь появляется, входя в полость среднего уха. Барабанная перепонка
напоминает сложный зонтик, вершиной упирающийся в укороченную рукоятку молоточка.
Молоточек тонким концом связан с барабанной костью, толстым – с наковальней.
Все три слуховые косточки (молоточек, наковальня и стремечко) плотные, миниатюрные,
специализированные для передачи звуков и ультразвуков. Удельный вес их почти
в 1,5 раза больше, чем у человека. Амплитуда движения стремечка, примыкающего
к овальному окошечку, увеличивается по сравнению с амплитудой движения барабанной
перепонки почти в 30 раз, но во столько же раз теряет в силе. Это важное приспособление
к передаче звука в воде, где амплитуда той же самой звуковой волны по сравнению
с воздушной средой уменьшена почти в 60 раз, но во столько же раз усилено ее
давление. Барабанная кость (булла) – плотная и полая внутри камера, у усатых
китов – яйцевидная, а у дельфинов – полуцилиндрическая. С помощью мышц эта кость
может совершать небольшие перемещения относительно черепа, обеспечивая стереофонический
или объемный прием отраженных локационных щелчков.
Строение внутреннего уха сложное. Жестко подвешенная околоушная кость массивная
и плотная, с минимумом пустот. Улитка и сильно уменьшенный вестибулярный аппарат
занимают в этой кости очень скромное место. В улитке развиты вторичная спиральная
пластина и относительно маленький, жестко подвешенный кортиев орган. Слуховой
нерв достигает исключительно мощного развития. У афалины, например, улитка почти
такой же величины, как у человека, но слуховой нерв много толще: он достигает
в сечении 5 мм.
У китообразных, по мнению голландского ученого Рейсенбаха де Хаана, выполнены
все условия для развития оптимального подводного слуха и восприятия ультразвуковых
частот. Советский исследователь В. П. Зворыкин показал, что у дельфинов гораздо
сильнее, чем у человека, развиты подкорковые слуховые центры, что поставлено
в связь со способностью зубатых китов воспринимать ультразвуки. Височная же доля
коры больших полушарий лишь по глубине и количеству извилин превосходит височную
долю мозга человека, но по микроструктуре такого превосходства нет. Видимо, справедливо
мнение, что эхолокационная деятельность у дельфинов протекает больше на уровне
подкорки, чем на уровне слуховой коры мозга.»
Одна из наиболее важных адаптаций, характерных для китов, – их способность производить вертикальные удары хвостом, обеспечивающие быстрое плавание. Строение тазового поясаамбулоцетуса еще позволяло животному поддерживать свой вес при передвижении по суше, хотя непропорционально большие задние конечности этого животного и веслообразные ступни делали такое передвижение затруднительным. Но такие конечности очень неплохо подходили для гребли при передвижении в воде!
Уродоцетуса , представителя протоцетид, кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, – наподобие современных ушастых тюленей.
Базилозавры и дорудонтиды были, как уже сказано, полностью водными созданиями. Как у современных китов, плечо у них оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Задние ноги и тазовые кости были маленькими и слабыми. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн лет, еще имелись неплохо сформированные ноги…
В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.
Итак, серия палеонтологических открытий 70–90-х гг. XX в. позволила проследить основные этапы эволюционного становления китов на их пути от наземных к исключительно водным животным. Однако вопрос об их более далеких предках продолжал – да и продолжает – оставаться открытым. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих – представителей разных отрядов – позволил исследователям вновь говорить о высокой степени родства китов и парнокопытных. В то время как мезонихиды с их неясным систематическим положением оказывались вроде бы и ни при чем… Другие анализы показали большое сходство китов с отдельной и весьма специфической, надо сказать, группой парнокопытных – бегемотами.
Палеонтологи сначала весьма отрицательно отнеслись к подобной интерпретации результатов анализа ДНК – в конце концов, речь шла о сравнении ныне живущих животных, ДНК пакицетуса и амбулоцетуса, само собой, не сохранилась... Мезонихиды же очень подходили на роль предков китов – они отличались «подходящими» морфологическими признаками, и их остатки встречались именно в тех регионах и в тех слоях, где и когда должно было начаться становление китообразных. А вот остатков древних парнокопытных, подтверждавших бы предположения молекулярных биологов, не было.
Ключом к решению проблемы могла бы стать находка принадлежавшей кому-то из древних (еще выходивших на сушу) предков китов так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки. У всех парнокопытных таранная кость имеет очень характерную форму с выемкой-шкивом на обоих концах. Собственно, это и есть один из ключевых признаков отряда.
И вот осенью 2001 г. Джинджериш сообщил об открытии в восточной части Белуджистана еще одного видародоцетуса – Rodhocetus astralagus – и новой формы протоцетид – артиоцетуса (Artiocetus). А Тьюиссен и его коллеги в то же время откопали в Пенджабе скелет пакицетуса (ранее был известен только череп) и скелет еще одного зверя, близкого к пакицетусу (Ichtyolests). И все вновь найденные скелеты имели таранную кость характерной для парнокопытных формы. Получалось, что мезонихиды, у которых эта кость была другой формы, действительно не имели отношения к возникновению китов? Их остатки просто оказались «в нужное время и в нужном месте»? Но какие же парнокопытные дали тогда начало китообразным? Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже. Среди же их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды.
Впрочем, надо заметить, что и само происхождение парнокопытных остается неясным. Может быть, мезонихиды – самостоятельная ветвь этого отряда (а не отряда кондиляртр), утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Тогда они вполне могут иметь общих предков с китообразными. Сейчас существует и такая гипотеза (схема Г). Споры продолжаются, и большинство ученых сходятся на мысли, что загадка самых первых предков китов еще неразгадана. Необходимы новые палеонтологические находки.
По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002
Эволюция и происхождение китообразных долгое время оставалось загадкой для палеонтологов. Из-за скудости палеонтологической летописи вопрос происхождения китов был причиной ожесточенных споров креационистов с учеными, отстаивающими эволюционное учение. Ископаемые останки, проливающие свет на развитие и становление этой удивительной группы животных до самого недавнего времени были очень редки. Несомненно, современные киты являются вторичноводными млекопитающими,- в процессе эволюции их предки сначала вышли из воды, дав начало амфибиями и рептилиями, а затем снова вернулись в воду млекопитающими. Произошло это примерно 50-55 миллионов лет назад, в позднем палеоцене-эоцене.
Хоть в это и трудно поверить, глядя на современного голубого кита, но все китообразные, включая китов, дельфинов и морских свиней, являются потомками сухопутных млекопитающих отряда парнокопытных (конечно не современных, а древних копытных).
Ранее традиционные взгляды на эволюцию китообразных состояли в том, что их ближайшими родственниками и, вероятно, предками являлись мезонихии — вымерший отряд хищных копытных, которые напоминали волков с копытцами вместо когтей и были сестринской группой парнокопытных. Эти животные имели зубы необычной конической формы, похожей на зубы китообразных. В частности из-за этого учёные долгое время считали, что китообразные произошли от некой предковой мезонихии. Однако новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности ныне живущих гиппопотамов. На основе этих данных сейчас предлагается даже включать китообразных в состав отряда парнокопытные и предлагается название «Cetartiodactyla» для монофилетического таксона, включающего две эти группы. Однако наибольший возраст известных ископаемых остатков антракотериев, предков бегемотов, пока на несколько миллионов лет меньше, чем возраст пакицета, наиболее древнего из известных предков китов.
Основная схема эволюции китов
Обо всем расскажет ухо
Во время экспедиции американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) в Пакистане, ученые получили весьма интересный материал. Они искали остатки эоценовых наземных млекопитающих в местах, где они уже находились, но им попадались только морские организмы. Около 50 млн. лет назад в этом районе проходила, меняющаяся со временем, береговая линия древнего моря Тетис, которое разделяло на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку. Среди остатков рыб и моллюсков палеонтологами были найдены два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. В то же время в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного.
Спустя два года в Северном Пакистане экспедицией Джинджериша была обнаружена еще одна странная находка. Это был кусок черепа странного создания размером с волка. Рядом были обнаружены остатки других млекопитающих, на этот раз наземных, живших около 50 млн. лет назад. Однако череп найденного неизвестного зверя имел черты, напоминавшие некоторые детали строения слуховой системы современных китообразных.
Пакицетус
Напомним, в водной и воздушной среде звуковые волны распространяются по-разному. У китов которые живут в наше время нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла - особое костное образование, изолированное пазухами. Булла в черепе неизвестного животного, открытого Джинджеришем, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Выходило, что это существо - его назвали по месту находки пакицетусом (Pakicetus) - могло быть одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. В то же время можно было предполагать, что загадочный зверь имел и обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху, - на земле он пока проводил никак не меньше времени, чем в воде. Строение скелета пакицета еще раз подтвердило то, что киты не являются прямыми потомками мезонихид. Напротив, предки китов отделились от парнокопытных и перешли к водному образу жизни уже после того, как сами парнокопытные отделились от общих с мезонихидами предков. Таким образом, протокитообразные были ранними формами парнокопытных, которые сохранили некоторые характерные для мезонихид признаки (коническую форму зубов), утраченные современными парнокопытными. Интересно, что самые ранние предки всех копытных млекопитающих были, вероятно, частично плотоядными или «мусорщиками», всеядными животными.
Пакицеты были копытными животными, иногда их классифицируют как ранних китов. Они жили на территории современного Пакистана (откуда и название — «кит из Пакистана») в раннем эоцене, около 50 миллионов лет назад. Это было животное, внешне напоминавшее собаку, однако с копытцами на пальцах и с длинным тонким хвостом. Первоначально предполагалось, что ухо пакицета было хорошо приспособлено для жизни под водой, однако, как показали дальнейшие исследования, уши пакицета подходят только для воздушной среды, и, если пакицет действительно предок китов, возможность слышать под водой была позднейшей адаптацией уже имевшегося слухового аппарата. Как утверждает американский палеонтолог Ханс Тевиссен, зубы пакицета уже напоминают зубы ископаемых китов.
Еще одна реконструкция пакицета - "с волосами"
Тевиссеном было также обнаружено, что схожее устройство уха наблюдалось в окаменелостях еще одного необычного существа - небольшого похожего на оленя животного индохиуса. Индохиус (буквально «свинья Индии») - маленькое (размером с кошку) существо хрупкого сложения, остатки которого найдены на территории Кашмира (Индия). Чаще всего его сравнивают с современными африканскими водяными оленьками; сходство нарушает только длинный хвост - общая черта различных групп примитивных млекопитающих раннего кайнозоя. Возраст этого существа оценивается в 48 миллионов лет. Индохиус классифицируется как представитель семейства раоеллид (Raoellidae) - примитивных парнокопытных. Его считают представителем сестринской группы по отношению к ранним китообразным на основании особенностей строения все той же ушной области. Слуховая булла индонихуса, образованная из барабанной кости также очень необычна по форме и демонстрирует особенности строения, характерные для открытых незадолго до этого древнейших китов, и, в частности, все того же пакицетуса. Это небольшое — размером с домашнюю кошку — травоядное животное обладало некоторыми чертами, сближающими его с китами и свидетельствующими об адаптации к водной среде. В их числе толстая и тяжёлая костная оболочка, напоминающая костную оболочку некоторых современных полуводных животных, таких как гиппопотамы, что способствует уменьшению плавучести и, как следствие, позволяет оставаться под водой. Это позволяет предположить, что индохиус, подобно современному водяному оленьку, нырял под воду, чтобы укрыться от хищника. Так, в его останках повышено содержание изотопа кислорода 18О, что указывает на водный образ жизни. Однако, содержание изотопа углерода 13С говорит о том, что он редко кормился в воде. Впрочем, столь же вероятно, что его пища могла состоять из высших водных растений (цветковых). В любом случае, судя по изотопному составу эмали зубов, Indohyus наверняка не входил в пищевые цепочки, в основании которых лежит пресноводный фитопланктон, образованный водорослями, а не высшими растениями.
Индохиус
«Крокодил среди млекопитающих»
Наиболее примечательным из древних китов является известный многим амбулоцет, известный из эоцена Пакистана. Внешне это млекопитающее походило на трёхметрового крокодила.
«Чудовище, неподвижно лежавшее в воде среди мангровых зарослей, заметило добычу - подходящего по размерам зверя, пришедшего на водопой. За нескольких энергичных толчков задних ног оно приблизилось к берегу, запустило свои мощные зубы в тело жертвы и попятилось назад в воду. Когда крепко зажатое в челюстях животное, не имея возможности вздохнуть, перестало биться, хищник выполз на берег, чтобы начать трапезу на твердой земле. На первый взгляд чудовище походило на крокодила - с короткими ногами, массивным хвостом, длинной вытянутой мордой и высоко посаженными, выступающими над поверхностью головы глазами. Однако его тело покрывали не пластинки панциря, а шерсть, ноги заканчивались не когтями, а чем-то напоминающим копыта, а зубы - это были зубы зверя, а не пресмыкающегося...», -так в представлении палеонтологов выглядит амбулоцетус, один из первых китов.
Земля в среднем эоцене - 50 млн. лет назад
Амбулоцет был полуводным животным: его задние лапы лучше приспособлены для плавания, нежели для ходьбы по суше. Вероятно, он плавал, изгибая тело в вертикальной плоскости, как современные выдры, тюлени и киты. Предполагается, что амбулоцетиды охотились подобно современным крокодилам, подстерегая в засаде рыб и пришедших на водопой животных. В челюсти амбулоцета уже имелось начало характерного для китов канала, проводящего звук к уху. Положив нижнюю челюсть на грунт - как это делают крокодилы - амбулоцетус «лоцировал» передвижение по берегу своих потенциальных жертв.
Близкими родственниками амбулоцета были ремингтоноцетиды. Представители этого семейства были мельче по размеру, имели более удлинённую морду и были лучше приспособлены к подводной жизни. Предполагается, что образом жизни они напоминали современных выдр, охотясь из засады на рыб.
У представителей обеих групп ноздри располагались на конце морды, как у наземных млекопитающих.
Ближайшие родственники китов сегодня - гиппопотамы
Стоит отметить важные изменения черепа в процессе эволюции китообразных - перемещение глазниц с верхнего (как у крокодилов) положения у пакицетуса и амбулоцетуса на бока головы, как у протоцетид и современных китов. Ноздри сместились с вершины морды у пакицетуса на вершину головы (дыхало) у современных китов. Зубы стали простыми и однообразными - приспособленными только для удержания, а не разжевывания добычи. У усатых же китов они исчезли совсем; их «китовый ус» - роговые пластины, с зубами никак не связаны.
Анализ изотопного состава атомов кислорода, присутствующих в зубах ископаемых китов, позволяет делать заключения о том, жили ли они в пресной или морской воде - во второй присутствует большая доля изотопа 18О. Получилось, что организм пакицетусов получал только пресную воду, амбулоцетусы могли жить как в пресных, так и в соленых водоемах, а протоцетиды были уже настоящими морскими животными.
Амбулоцет. Четко видна "крокодилообразная" форма скелета
«Протокиты»
Протоцетиды образуют крупную и разнообразную группу, известную по находкам в Азии, Европе, Африке и Северной Америке. Данное семейство включает в себя большое количество родов, некоторые из них довольно хорошо изучены (например, родоцетуса, известный из третичных отложений Белуджистана). Все известные протоцетиды обладали хорошо развитыми передними и задними конечностями, которые могли поддерживать тело на земле; вероятно, они вели амфибиотический образ жизни, обитая как в водной среде, так и на суше. Пока не ясно, имелся ли у протоцетид хвостовой плавник, как у современных китообразных, однако очевидно, что они были неплохо приспособлены к водному образу жизни. Например, крестец — часть позвоночника, к которой крепится таз — у родоцета состоял из пяти раздельных позвонков, в то время как позвонки в крестце наземных млекопитающих слиты. Носовые отверстия сдвинулись у протоцетид еще дальше вверх по рылу — это является первым шагом к расположенным на макушке ноздрям нынешних китообразных. Версия об амфибийной природе протоцетид подкреплена находкой беременной самки майацета сокаменевшим плодом, повёрнутым головой к выходному отверстию. Это заставляет предположить, что роды у майацета проходили на суше — в противном случае детёныш имел шансы захлебнуться.
Кутхицетус
О происхождении ранних китов от копытных говорят такие особенности, как, например, наличие копыт на концах пальцев у родоцета. У данного китообразного кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, - наподобие современных ушастых тюленей. Вообще, в течение эоцена китообразные совершили резкий скачок в морфологических изменениях: из четвероногих наземных животных они превратились в полностью водные формы, совершенно не похожие внешне на свои наземных предков и родственников. Возможная причина этого явления - отсутствие конкурентов в новой среде обитания.
Родоцет
Ремингтоноцет
Выход в океан
От протоцетид, произошли уже вполне «дельфинообразные» дорудоны (Dorudon) - возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара.
Базилозавр (обнаруженный в 1840 г. и первоначально принятый за рептилию, чем объясняется «рептильное» имя) и дорудон жили приблизительно 38 миллионов лет назад и представляли собой уже чисто морских животных. Базилозавр был столь же велик, как крупные современные киты, достигая порой 18 метров в длину. Дорудонтиды были несколько меньше, до 5 метров.
В связи с переходом к чисто водному образу жизни у базилозаврид наблюдается деградация задних конечностей — они, хотя и хорошо сформированы, невелики и уже не могут использоваться для передвижения. Впрочем, возможно, они играли вспомогательную роль при спаривании. Тазовые кости базилозаврид уже не связаны с позвоночником, как это было у протоцетид.
Джорджияцет
Как у современных китов, плечо у дорудонов и базилозавров оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн. лет, еще имелись неплохо сформированные ноги.
В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.
Дорудон
Между тем, эти киты еще не были «настоящими китами». Луо (Zhe-Xi Luo) - палеонтолог, сотрудник Музея естественной истории в Питтсбурге, показал, что у базилозавров и дорудонтов - первых полностью водных китов - слуховая система по строению была уже достаточно близка к слуховой системе современных китов. Однако при всём сходстве с современными китами у базилозаврид и дорудонтид отсутствовал лобно-жировой выступ, так называемая дыня, позволяющая ныне существующим китообразным эффективно использовать эхолокацию. Мозг базилозаврид был сравнительно небольшого размера, из чего можно предположить, что они вели одиночный образ жизни и не имели такой сложной социальной структуры, как у некоторых современных китообразных.
Базилозавр
Возникновение «китового уса»
Китовый ус уникален для усатых китов, но зубатые киты, не имея его, тем не менее, также являются китами. Поэтому данный признак нельзя считать каким-то основополагающим: это частная адаптация одной группы китообразных. На протяжении следующего за эоценом олигоценового периода уровень моря понизился. «Прото-Индия» соединилась с Азией (результатом этого «столкновения» стало возникновение Гималаев), а Австралия и Антарктида удалились друг от друга, в результате чего образовалось широкое свободное кольцо морей в Южном полушарии. Возникло южное циркумполярное течение, начал образовываться ледяной панцирь. Это создавало новые условия для живущих в морях млекопитающих, что, по мнению ряда специалистов, и привело к возникновению современных подотрядов - усатых и зубатых китов. Наиболее древней известной переходной формой между ними и древними археоцетами является Llanocetus, первичный усатый кит, найденный в антарктических отложениях возрастом около 34 млн. лет. Судя по всему, он вполне мог питаться крилем. Зубатые же киты, по мнению специалистов, возникли примерно в то же время, развивая способности к эхолокации, которая позволяла активно охотиться в глубине.
Выход на сушу и выход в океан
К сожалению, находки остатков первых представителей двух современных отрядов крайне редки. Понижение уровня моря в олигоцене осушило прибрежные районы, которые могли содержать эти остатки, и они подверглись разрушению. Но раскопки в более поздних слоях показывают, что немного времени спустя, 30 млн. лет назад, настоящие усатые и зубатые киты были представлены несколькими семействами.
Три года назад, в 2011 году учеными были найдены окаменелые останки одного из древнейших усатых китов, которые оказались «недостающим звеном» в эволюции китового уса. Исследователи обнаружили, что огромные эластичные челюсти синих китов и их собратьев развились из более жёстких образований.
На верхних челюстях усатых китов располагаются несколько сотен роговых пластин, которые работают как фильтр, отсеивающий планктон из поступающей в ротовую полость животного воды. Киты набирают в рот очень большое количество воды, широко раскрывая пасть за счет того, что у них нет жесткого соединения между двумя половинами нижней челюсти. Кроме того, практически все китообразные обладают очень широким черепом, что дополнительно увеличивает возможный максимальный объем попадающей в рот воды. Благодаря своему способу питания киты смогли эволюционировать до столь внушительных размеров.
Janjucetus hunderi - один из первых усатых китов
Ученые точно не знают, какой была последовательность возникновения этих двух характерных особенностей — большого черепа и гибкого сочленения челюстей. Авторы новой работы описали кости древнего китообразного «Janjucetus hunderi», обитавшего в земных океанах около 25 миллионов лет назад, и новые данные свидетельствуют в пользу гипотезы о том, что изначально у китов сформировался широкий череп.
«Ранние усатые киты были лишены одного из признаков всех живых (и большинства ископаемых) усатых китов — свободного сустава нижней челюсти, — отмечает автор исследования Эрих Фицджеральд из Музея Виктории (Австралия). — Без него нынешние усатые киты просто не смогли бы питаться так, как они привыкли».
Учёный имеет в виду следующее: кит распахивает нижнюю челюсть под очень большим углом; эластичная ткань, прикреплённая к челюсти, растягивается, и это позволяет животному набирать в рот огромный объём воды. Пластины из китового уса, растущие из верхней челюсти, выполняют роль своеобразного сита, отфильтровывающего криль — основной источник питания.
Новые останки принадлежали виду «Janjucetus hunderi», который жил около 25 млн лет назад у берегов Австралии и имел, вероятно, около трёх метров в длину, то есть был размером со среднего дельфина. Его украшали большие зубы для захвата и измельчения добычи, чем он сильно отличался от сегодняшних усатых китов с их волосовидными зубами. К тому же, как уже было сказано, его нижняя челюсть не могла распахиваться так широко.
Тем не менее «J. Hunderi» был усатым китом, ибо обладал рядом адаптаций, характерных для этого подотряда. Например, это широкая верхняя челюсть, свидетельствующая о том, что большой рот появился прежде способности к фильтрации. Две половины нижней челюсти «J. Hunderi» были прочно соединены между собой и не позволяли древнему морскому млекопитающему очень широко открывать пасть. При этом верхние челюсти животного выглядели типично для современных китообразных, а сам череп был очень широким. Ученые полагают, что «J. Hunderi» не фильтровал поступающую воду, проталкивая ее в обратную сторону изо рта, а заглатывал вместе с оказавшейся там добычей.
Среди современных крупных китов кашалот даёт, как ни странно, возможность ответить на вопрос как киты перешли к фильтрующему типу питания. Обычно в популярной литературе кашалота изображают закусывающим гигантским кальмаром. Но это, хотя и известная, но далеко не столь часто встречающаяся добыча. Естественно, на китобойных станциях при разделке кашалотов из их желудков извлекали таких моллюсков. Но также известно, что часто в желудках кашалотов находили большое количество сравнительно мелких кальмаров и рыб. Даже если рыба достигала порой метровой длины, она всё равно мала по сравнению с многотонным кашалотом. Современные зубатые киты часто питаются мелкими рыбами и кальмарами, просто засасывая их ртом. У клюворылых китов значительно редуцированы зубы - иногда всего лишь до двух крупных зубов, явно не приспособленных для схватывания такой добычи, как рыба и кальмары.
Голубой кит не имеет зубов
У самых ранних усатых китов («усатых» скорее по анатомии скелета, а не по наличию китового уса) зубы достаточно редко сидят на челюстях. Можно предположить, что они постепенно утрачивали функцию захвата и непосредственного удержания добычи, и служили скорее для «запирания» рта. Кстати, у современной китовой акулы мелкие зубы выполняют именно такую роль. Первоначальная добыча прото-усатых китов, скорее всего, была достаточно крупной, а мелкая рыба имела возможность проскользнуть между зубами хищника. Не стоит улыбаться: современная сельдь тоже имеет реальный шанс выскользнуть даже из гораздо более совершенного фильтровального аппарата кита-горбача. Собственно говоря, так ловит добычу, мелких плавающих ракообразных, современный тюлень-крабоед (Lobodon), у которого зубы приобрели специфическую форму, став многовершинными и плоскими. Канадского исследователя Эдварда Д. Митчелла удивило необычное строение зубов кита Llanocetus: они сидели в челюстях с большими промежутками, имели неглубокие корни и глубокие выемки на коронке, делящие зуб на лопасти. Популярная статья, в которой рассказывалось про открытие этого животного, называлась "Ancient whale smiled like a sieve" («Улыбка древнего кита похожа на решето»). Это наглядное подтверждение того, что первые усатые киты использовали зубы, чтобы закрывать выход из своего рта мелким кормовым объектам, которых схватывали по несколько штук. В процессе эволюции у китов развивалось приспособление, которое одновременно позволяло воде свободно выходить из пасти животного, но более эффективно задерживало мелкую рыбу, ракообразных или кальмаров, оказавшихся во рту кита. Ключ к познанию дальнейшего изменения ловчего аппарата китообразных также даёт знание об «испорченных» генах, отвечающих за развитие зубов, найденных в геноме современных китов. При дальнейшем развитии китового уса наличие зубов постепенно стало нейтральным признаком, и мутанты с «испорченными» генами, отвечающими за развитие зубов, не отличались по успешности выживания от китов с неповреждёнными генами, у которых отрастали анатомически полноценные зубы. В дальнейшем исчезновение зубов сняло анатомические ограничения на развитие более совершенного цедильного аппарата.
Llanocetus
Эхолокация
Настоящие зубатые киты (Odontocetes) осуществляют эхолокацию, создавая серию щелчков на различных частотах. Звуковые импульсы излучаются посредством лобной дыни, отражаются от объекта и регистрируются с помощью нижней челюсти.
Эхолокация - система ориентации в пространстве по задержке возвращений отраженной звуковой волны - появилась у предка нынешних дельфинов и зубатых китов более 28 миллионов лет назад. Адъюнкт-профессор Ньюйоркского технологического института Джонатан Гайслер (Jonathan Geisler) провелисследование ископаемого вида «Cotylocara macei», открытого в окрестностях Чарльстона (Южная Каролина). «Самые важные результаты нашего исследования касаются эволюции эхолокации и сложной анатомии, обеспечивающей эту способность. Она возникла примерно в ту же эпоху, когда происходила диверсификация китов - разные размеры тела и мозга, разные способы питания», - говорит Гайслер.
Зубатые киты, дельфины и морские свиньи издают высокочастотные звуки сквозь закрытую область в носовых каналах, за дыхалом - тогда как у всех остальных млекопитающих (в том числе людей) звуки рождаются в гортани. У зубатых китов механизм очень сложен - это множество мускулов, воздушных полостей и жировых прослоек, втиснутых в небольшой участок лица.Палеонтологи считают, что такая сложная система развивалась постепенно, шаг за шагом.
Cotylocara macei - один из первых китов с развитой эхолокацией
По мнению Гайслера, кит «Cotylocara macei» был способен к эхолокации. «Плотные кости и воздушные пазухи его черепа помогали сфокусировать его звуки в единый поток звука, который позволял киту искать себе пищу ночью или в мутной воде», - говорит ученый.
Проведя сопоставительный анализ, Гайслер и его коллеги определили, что Cotylocara принадлежал к вымершему семейству китов, отделившихся от остальных китообразных как минимум 32 миллиона лет назад. По всей видимости, рудиментарная форма эхолокации возникла у общего предка «Cotylocara» и других зубатых китов примерно 35-32 миллиона лет назад.
«Cotylocara» отличались рядом уникальных анатомических черт, в том числе глубокой полостью на верху головы (отсюда и название вида - «голова с пазухой»), где при погружении в воду животные «запасали» воздух - и та же полость, вероятно, отражала звуки, идущие со стороны лица. Также обращает на себя внимание похожая на радиолокационную антенну кость вокруг носовых отверстий, которая также могла отражать звук и улучшать качество эхолокации. «Анатомия черепа очень необычна. Ничего такого я не видел ни в одном ките - ни живом, ни ископаемом», - говорит Гайслер.
Изучение черепов сквалодона («Squalodon») позволяет предположить первичное возникновение эхолокации и у этого вида китов. Сквалодон жил с начала среднего олигоцена до середины миоцена, около 33-14 миллионов лет назад, и имел ряд признаков, сходных с современными зубатыми китами. Так, например, сильно сплюснутый череп и вынесенные челюстные дуги наиболее характерны для современных Odontoceti. Несмотря на это, возможность происхождения современных дельфинов от сквалодона считается маловероятной, хотя сквалодон дает представление об эволюции китов на ранней стадии.
Сквалодон
В данном посте я не буду подробно рассматривать вопрос появления и развития эхолокации у зубатых китов, иначе придется писать тут целый научный труд и рассмотреть множество точек зрения по этому вопросу. В целом, можносказать о том, что последние ископаемые останки китообразных еще раз блестяще подтвердили верность дарвинизма - эволюционного учения. Будущие открытия докажут верность этого тезиса со всей очевидностью, как на примере эволюции китов, так и других групп живых организмов.
Постепенное смещение у китов носовых пазух к затылку
Интересно то, что в ноябре 2006 года, близ берегов Японии был пойман живым дельфин афалина с недоразвитыми, но хорошо заметными снаружи задними конечностями. Его фото обошло, наверное, все ленты новостей. Этот атавизм лучше всего свидетельствует о том, что предки китов жили на суше.
Современная реконструкция левиафана, гигантского зубатого кита, у него эхолокация уже также была развита:
Древо усатых китов
Киты- очень своеобразные млекопитающие, которые вследствие постоянной жизни в воде больше похожи на рыб. Эта группа животных имеет характерный внешний облик и в то же время достигла значительного разнообразия. Киты составляют отдельный отряд Китообразных, однако термин этот собирательный. Обычно под этим словом подразумевают крупные виды, мелкие китообразные носят другие названия (дельфины, морские свиньи).
Горбатый кит, или горбач (Megaptera novaeangliae).
Самой яркой отличительной чертой этих зверей является размер. Действительно, все виды китов просто гиганты животного мира. Даже самые мелкие виды (карликовые кашалоты, например) достигают в длину 2-3 м и веса 400 кг, а большинство видов имеет длину 5-12 м и вес в несколько тонн. Самый крупный вид — голубой кит — достигает в длину 33 м и весит 150 т! Он в несколько раз превосходит по размеру даже самых крупных динозавров. Голубой кит является крупнейшим из всех живых существ когда-либо населявших нашу планету!
Для всех видов китов характерно вытянутое обтекаемое тело, очень короткая малоподвижная шея и крупная голова. Размер головы может сильно отличаться у разных видов: у мелких китов она составляет 1/5 длины тела, у крупных усатых китов ее величина может доходить до 1/4, а у кашалота голова составляет 1/3 часть тела. По строению зубов выделяют два подотряда китов — усатые и зубатые. У усатых китов зубов нет вообще, их заменяют гигантские роговые пластины, которые свисают во рту подобно бахроме. Называются они китовым усом.
Китовый ус в пасти кита.
У зубатых китов зубы есть, их форма и размер у разных видов варьируют. Также различным может быть и строение челюстей: у усатых китов нижняя челюсть намного крупнее верхней и подобна ковшу, у зубатых китов, наоборот, верхняя челюсть крупнее или равна по размерам нижней. Такие различия связаны с характером питания этих животных.
На голове горбатого кита хорошо видна разница в размере верхней и нижней челюстей.
Размер мозга у китов относительно большой, но это связано в первую очередь с развитием отделов головного мозга, отвечающих за слух. Киты как и дельфины обладают совершенными способностями к эхолокации, они испускают звуки различной частоты и по их отражению (эху) ориентируются в пространстве, находят пищу и общаются между собой. Так же как и дельфины киты подвержены непонятной патологии — они могут периодически выбрасываться на берег. Делают это животные несознательно (способность китов совершать самоубийство не более чем глупый предрассудок), но с таким упорством, что ученые до сих пор ломают головы над причиной столь странного поведения. Животные, выбросившиеся на берег, не всегда стары или больны, более того иногда усилиями спасателей их удается вернуть в море. Вероятнее всего первопричиной такой смерти являются нарушения в работе эхолота, вызванные многочисленными радиоисточниками (вся современная навигация использует мощные источники и ретрансляторы радиоволн). Такой электромагнитный «шум» в океане сбивает с толку гигантов и они приближаются к берегам, более того, привыкшие доверять своим чувствам, киты упорно стремятся в «правильном» направлении пока не попадут на мель. Другие органы чувств у китов развиты плохо: обоняние находится в зачаточном состоянии, зрение тоже слабовато.
На верхней части головы расположено дыхательное отверстие — дыхало. У более примитивных усатых китов оно состоит из двух отверстий («ноздрей»), у зубатых китов отверстие одно. Интересно, что во время выдоха влажный воздух из легких создает своеобразный фонтан, причем форма его зависит от вида кита.
Дыхало с двумя ноздрями на голове серого кита (Eschrichtius robustus).
Конечности китов устроены весьма необычно. Передние превратились в уплощенные плавники, причем их размер у разных видов может сильно отличаться. Например, у ремнезубов и кашалотов плавники маленькие, а наибольшего развития они достигают у горбатого кита.
Длинные плавники горбатого кита под водой напоминают крылья.
А вот задние конечности у китов отсутствуют вообще, на их месте в поясничном отделе позвоночника присутствуют лишь две маленьких косточки, к которым крепится мускулатура… половых органов. Движущую силу в теле кита создает мощный сдвоенный хвост, но это не видоизмененные задние ноги, как полагают некоторые.
Мощный хвост используется китами для движения и защиты.
Окраска китов разнообразная, но неброская. Чаще их тело имеет темную верхнюю сторону и более светлую нижнюю, у некоторых видов (полосатик Брайда) могут быть хорошо различимые полосы на нижней стороне головы. Такие виды как голубой, серый кит, кашалот имеют однотонную окраску серого или коричневого цвета.
Белуха (Delphinapterus leucas) получила свое название за редкий белый цвет кожи.
Распространены киты повсеместно по всем океанам (и некоторым морям) земного шара. Встречаются они только в глубоких водах, в заливы, устья рек и тому подобные мелководные места как правило не заходят. Обычно киты свободно перемещаются по океанским просторам, но их движение не хаотично. У каждого вида китов есть излюбленные места размножения, которые они посещают в определенный сезон. В остальное время киты нагуливают жир, но делают это в районах, удаленных от мест размножения. Таким образом киты совершают миграции с цикличностью в 1 год. Во время кормления киты плавают со скоростью 10-20 км/ч, но в случае опасности переходят на крейсерский ход в 50 км/ч. Взрослые самцы и неразмножающиеся самки держатся поодиночке, самки с детенышами, а также все животные в период размножения образуют стада из 5-15 особей. Внутри стада царит мирная обстановка: у китов нет внутренней иерархии, они не проявляют агрессию друг к другу, в случае опасности все члены стада стараются защититься общими усилиями, известны даже случаи взаимопомощи раненным собратьям. Вообще, киты своим огромным размером и неповоротливостью производят впечатление глупых и неинтересных животных. Но это ложное представление! Эти своеобразные животные наделены развитым интеллектом и по смышлености не уступают дельфинам. Например, известны случаи когда киты проявляли интерес к снимавшим их подводным фотографам — животные приближались к людям и даже пытались по-своему поиграть с ними, выталкивая на поверхность. Другой пример: китобои выследили самку кита с детенышем и убили последнего. Тушу китенка транспортировали к месту разделки на буксире. Все это время самка плыла рядом и пыталась снять труп детеныша с веревки. Плененные киты в неволе быстро привыкают к людям и способны выполнять трюки (в меру своих физических возможностей). Как и все высокоразвитые животные киты любят играть, при этом они высоко выпрыгивают из воды и громко бьют хвостами.
Малый полосатик (Balaenoptera acutorostrata).
Питаются киты различными морскими животными, причем в питании разных видов существует узкая специализация. Усатые киты едят исключительно планктон — мельчайших морских рачков. Добывают они его процеживая большие объемы воды. Для этого кит открывает рот и набирает в пасть воду…
Горбатые киты действуют открытым ртом как черпаком.
затем он языком словно поршнем выталкивает воду изо рта — вода свободно вытекает сквозь китовый ус, а рачки остаются.
Кит отцеживает воду с планктоном.
Зубатые киты питаются рыбой, которую ловят также не поштучно, а целыми стаями. Кашалоты специализируются на ловле глубоководной рыбы и моллюсков (главным образом кальмаров). Многие киты для охоты совершают длительные погружения, под водой они могут находиться до 1,5 ч. Рекордсменами по глубине погружения являются кашалоты, которых встречали на глубине 1 км!
Киты очень неплодовитые звери. Половой зрелости самки достигают к 7-15 годам, самцы — только к 15-25. При этом каждая особь участвует в размножении не чаще чем раз в 2 года. В брачном ритуале китов отсутствует не только агрессия, но и вообще какая-либо борьба. Самцы китов завоевывают внимание самок песнями! Голос китов на удивление тонкий для животных таких размеров. У каждого вида китов свой набор звуков, но даже особи одного вида отличаются по тональности голоса. Песня кита напоминает мелодичный стон и звучит очень громко. По свидетельствам дайверов во время пения кита толща воды вокруг вибрирует. Самки китов могут спариваться с несколькими самцами, так как борьба между представителями сильного пола отсутствует, отбор происходит весьма необычным способом. Оказывается, что половые железы китов имеют огромные размеры (у кашалота, например, до 10-20% от массы тела) и способны производить большое количество спермы. Таким образом среди нескольких самцов, спарившихся с одной самкой, побеждает тот, чей гормональный статус выше. Беременность у различных видов длится 11-18 месяцев. Самка рождает только одного детеныша, но крупного и развитого. Например, вес новорожденного голубого кита 2-3 тонны. Детеныш рождается хвостом вперед и с помощью матери подымается к поверхности для первого вдоха. Мать часто кормит детеныша очень жирным молоком, благодаря чему он быстро растет. Период лактации у китов относительно короткий — 5-7 месяцев. За это время детеныш успевает вырасти в 2 раза, затем его рост резко замедляется. Еще 1,5-2 года детеныш сопровождает мать, пользуясь ее защитой. У мелких и средних китов молодняк держится в стадах до достижения половой зрелости, а иногда и позже. Живут киты 50-70 лет.
Детеныш голубого кита (Balaenoptera musculus).
Казалось бы таким исполинским животным в этом мире ничто угрожать не может. В действительности киты очень уязвимы перед различными опасностями. В океане у китов нет врагов если не считать… собственных собратьев. Косатки (гигантские хищные дельфины, которых часто называют китами) нападают на другие виды китообразных. Косатки живут группами и действуют коллективно, поэтому их слаженной атаке с трудом противостоят даже взрослые киты, а детеныши и вовсе беззащитны. При нападении киты стараются спастись «бегством», уплывая от стада косаток на большой скорости. Если от преследования оторваться не удалось, кит сильными ударами хвоста пытается отбиться от нападающих, мать подплывает под детеныша снизу, стараясь прикрыть его своим телом.
Но и в отсутствие хищников у китов хватает проблем. Иногда эти животные испытывают… голод. Массовый промысел рыбы, глобальное потепление, смена морских течений подрывают кормовую базу китов и животные могут по несколько недель дрейфовать в «бесплодных» водах. Исследователям доводилось встречать крайне истощенных животных. В Северном Ледовитом океане киты часто попадают в ледовые ловушки. Так как киты дышат воздухом, они вынуждены регулярно всплывать чтобы пополнить его запасы. Если вокруг нет подходящих полыней, киты пробивают толщу льда головой, но это удается им не всегда. При большой толщине льда (или маленькой ширине полыньи) целые стада китов задыхаются подо льдом.
Малый полосатик в антарктических льдах.
В довершение всех бед на китов активно охотятся люди. Несмотря на внушительные размеры (точнее благодаря им) киты — привлекательная добыча для промысла. В туше кита нет бесполезных частей, в ход идет все: жир (ворвань), мясо, китовый ус, зубы, кожа. Кашалоты являются поставщиками весьма экзотичных продуктов — спермацета и амбры. Спермацет несмотря на название это вовсе не сперма кита, а жироподобное вещество из головного мозга. Амбру находят в кишечнике, она имеет приятный запах, за что и получила свое название. Оба вещества являются очень ценным сырьем в косметической промышленности и ценятся на мировом рынке чрезвычайно высоко.
В результате воздействия неблагоприятных факторов численность почти всех видов китов сильно сократилась, многие виды находятся на грани исчезновения. В этой связи принята Мировая конвенция по запрету промысла китов (тем более, что продукты китобойного промысла в наше время потеряли свою актуальность). Единственная страна, не подписавшая конвенцию, — Япония. Японские китобои до сих пор ведут массовый промысел всех китов без разбора, оправдываясь тем, что мясо китов… традиционный компонент японской кухни. С другой стороны широкую популярность получил туризм в местах размножения китов. Любители природы посещают такие места на небольших судах, за возможность понаблюдать за китами вживую и услышать их песни к туроператорам выстраиваются очереди. Попытки содержать китов в неволе натыкаются на множество препятствий: крупные виды китов нельзя содержать из-за их размеров, усатых китов невозможно накормить планктоном, поймать взрослого кита, не убив его, очень сложно. Неоднократные попытки ловить детенышей приводили к гибели малышей еще на этапе транспортировки. Только самые мелкие виды китов (белухи, гринды) приживаются в аквариумах, но там они не размножаются. Пожалуй, единственным способом сохранения этих уникальных зверей является повсеместный запрет их добычи и комплексная охрана водных ресурсов.
Тушу выброшенного на берег голубого кита разделывают для дальнейших научных исследований.