я могу 
Все гениальное просто!
Машины и Механизмы
Все записи
текст

Отбросить копыта: исповедь дельфина

Каждый знает, что дельфины – это не какие-то там рыбы, а самые настоящие млекопитающие. Своих детенышей они рожают «готовыми» (никакой икры) и кормят их молоком. Но как и зачем они покинули сушу? Куда дельфины подевали свои конечности и шерсть? На все наши вопросы у них только один ответ: «ки-ки-ки!», поэтому ученым приходится разбираться самостоятельно. И кое-что узнать удалось, в том числе – о предках этих удивительных созданий.
Отбросить копыта: исповедь дельфина

Иллюстрации: Eldar Zakirov, behance.net/EldarZakirov

Стук копыт

Первые млекопитающие появились на суше примерно в одно время с динозаврами, то есть дельфины однозначно должны были прийти с суши (куда, впрочем, еще раньше предки всех животных попали из воды). При этом они сохранили признаки млекопитающих. Во-первых, дельфины поднимаются над поверхностью воды, чтобы подышать. Во-вторых, их конечности по строению сильно напоминают ноги сухопутных зверей. В-третьих, их позвонки двигаются вертикально, что встречается в основном у животных, которые могут бегать по суше. Про живорождение и кормление молоком тоже все понятно.

О том, что дельфины – не рыбы, догадался еще Аристотель, занимавшийся их диссекцией. В Средние века и позже, правда, некоторые ученые считали иначе (например, французский натуралист и отец сравнительной анатомии Пьер Белон), но истина открылась довольно быстро, и все известные морские млекопитающие были признаны таковыми. В конце XVII века исследователи заметили, что по строению морские свиньи похожи на наземных – в то время как раз зарождалась сравнительная анатомия. Уже в 1762 году появился термин «китообразные». В эту группу попали дельфины, киты, морские свиньи и некоторые другие животные.


Итак, ученые выяснили, что среди предков наших героев действительно были сухопутные твари. Оставалось их найти. Дельфины – хищники, поэтому логично было бы искать их родню среди плотоядных зверей, обитавших на берегах водоемов. В 1966 году Ван Вален предположил, что на эту роль подходят вымершие хищники мезонихии, образующие семейство мезонихид. К такому выводу он пришел из-за сходства зубов и черепов ранних китов и этих животных. Мезонихиды – довольно обширная группа, представители которой напоминали волков, а те, что помассивнее, – медведей. А еще у них были… копыта. Точнее, копытца на каждом пальце. Да, хищные копытные, ну и что? К динозаврам, например, относятся и курица, и страус, и трицератопс. Эволюция любит пошутить.

Пакистанский кит

Теорию Ван Валена подкрепило обнаружение окаменевших останков пакицета (его имя с латыни переводится как «пакистанский кит») в 1983 году. Зубами это животное сильно напоминало и мезонихид, и ранних китообразных. Жил пакицет около 50 млн лет назад вблизи водоемов. Это определили по характерным для мелководья породам, в которых сохранились его кости. Питался он рыбой и всякими мелкими беспозвоночными. Довольно крупный, в один-два метра, он обладал еще и мощным длинным хвостом, и удлиненной мордой, а передвигался на четырех лапах – эдакий млекопитающий крокодил.

Иллюстрация: Tuomas Koivurinne 1zoom.me

Одна из гипотез, почему предки современных китообразных ломанулись в море, связана с происходившим в то время изменением климата. Средняя температура тогда упала примерно на десять градусов, в результате многие тропические леса попросту исчезли. Охота в чистом поле пакицетам, судя по всему, показалась бесперспективной. И они ушли туда, где было много рыбы, – на мелководье.

Внешне пакицет не был похож на китов. Зато у него обнаружили специфичную для китообразных слуховую косточку – буллу. Эта кость черепа образует у них стенку полости, в которой расположены косточки среднего уха (молоточек, наковальня и стремечко). Благодаря ей современные водные млекопитающие могут слышать под водой (используя для этого, впрочем, и другие средства). Звуковая волна заставляет буллу вибрировать, а она, в свою очередь, передает колебания частям среднего уха. Тем не менее, если бы пакицет погрузился глубоко под воду, услышать он бы ничего не смог. Все же до настоящих китов ему было далеко. Несмотря на наличие буллы, его ухо больше напоминало слуховой аппарат наземного животного, чем какого-либо вымершего или живущего морского.


Эволюция никогда ничего не выкидывает, каждому случайному процессу нужен фундамент. Все инновационные органы собираются на базе того, что уже есть. Если бы предки жирафов с нормальными шеями не обладали чрезвычайно крепкими позвонками, то современные виды вряд ли бы отрастили такую длинную. Поэтому слуховая кость – одна из причин, по которым китообразным впоследствии удалось уйти в море.


Иногда современные китообразные рождаются с небольшими задними конечностями. Это проявление атавизма возможно как раз благодаря тому, что эволюция ничего не может «выбросить». Конечности есть у всех китообразных, просто они рудиментарные и скрыты под кожей. Функция их изменилась: теперь они участвуют в креплении мышц половых органов.

Мезонихиды и китообразные – сестры навек

Чуть позже, в начале 1990-х, был найден хорошо сохранившийся череп мезонихида синоникса (что в переводе с латинского – «китайский зуб»). Этот вид был старше пакицета примерно на 6 млн лет. Находка подтвердила тесную связь между мезонихидами и китообразными, и долгое время ученые считали, что синоникс – прямой предок китов. Но в опубликованном в журнале Paleobiology в 1999 году обзоре останков авторы привели доказательства того, что эти группы сестринские.

Это подтвердила и молекулярная филогенетика. А еще она позволила обнаружить ближайших родственников современных китообразных. Ими оказались гиппопотамы и другие парнокопытные, к которым относятся свиньи, коровы и лоси. Это, к слову, дополняет реконструированный образ пакицета. Его часто изображают покрытым шерстью, но близкое родство с гиппопотамами подразумевает, что мех у него был очень редкий. Китообразные и парнокопытные были объединены в одну группу – отряд китопарнокопытные.

И, казалось бы, вот и настала гармония, вот и стало все понятно: жил-был общий предок мезонихид и китообразных, потом появился синоникс – потомок первых, чуть позже образовался пакицет – потомок вторых. И были эти двое довольно похожи, ведь совсем недавно разошлись в эволюции. Затем мезонихиды вымерли, а пакицет ушел в море. Ну и осталась еще сестринская группа современных парнокопытных, которая ответвилась когда-то от самого первого общего предка.

Но в 2007 году эту запутанную гармонию пошатнула новая находка. Оказалось, что около 48 млн лет назад неподалеку от пакицетов обитали парнокопытные индохиусы («индийские свиньи»). Их среднее ухо и зубы были похожи на китовые. Вдобавок, внешне животное напоминало современных малых оленьков – парнокопытных, убегающих от хищников в воду. Как и они, питался индохиус растительностью. Если предположить, что именно он, а не пакицет, был промежуточным звеном между наземными и водными китообразными, то получается очень красивая картина. Индохиус мог бы объяснить, как травоядные бегемоты оказались родственниками хищных китов. И, конечно, как они вообще оказались в Африке, если первые настоящие киты появились у берегов Пакистана: часть индохиусов дала бы начало китам, часть – современным парнокопытным. При этом выходило бы, правда, что ближайшие родственники дельфинов и китов – это олени. Но индохиусы слишком молоды, чтобы быть предками китов. Пакицеты появились как минимум на два миллиона лет раньше. Тем не менее, споры о том, кто же был чьим предком, продолжаются до сих пор.

Иллюстрация: Carl Buell, spektrum.de

Все китовее и китовее

48,6–40,4 млн лет назад на территории современного Пакистана жил амбулоцет, чьи окаменелости нашли в 1991 году. Палеонтологам повезло – собрали почти полный скелет. Эта зверюга напоминала уже не волка, а крупного крокодила длиной метра три и массой 300 кг. Довольно быстро стало понятно, что относится новый вид к китообразным. Строение широко расположенных и коротких конечностей указывало на то, что он мог ходить по суше. При этом значительную часть жизни животное проводило в воде, где поджидало в засаде свою добычу: амбулоцет был хищником. Эти две особенности отражены в названии: Ambulocetus natans можно перевести как «ходячий кит, который плавал».

А еще у амбулоцета была довольно широкая вытянутая морда. Во время плавания его позвоночник совершал волнообразные движения, как и положено млекопитающим. Хвостового плавника у животного не было, поэтому при плавании он, как и выдра, полагался на задние лапы. Слуховая булла у амбулоцета тоже имелась. Таким образом, безусловно, он был предком современных китов – хоть здесь ученые обошлись без споров.

Иллюстрация: Alberto Gennari baleinesendirect.org

Следующей ступенью эволюции стали ремингтоноцеты. Они все еще были похожи на крокодилов и внешне не слишком отличались от амбулоцетов. Зато их вестибулярный аппарат обзавелся гораздо меньшими полукружными каналами. Наземным животным эти части внутреннего уха позволяют определять, где находится низ. Но если ты собираешься быстро плавать в воде, то лучше отключить эту функцию, а то вскоре закружится голова. Уменьшение полукружных каналов говорит о том, что ремингтоноцеты проводили уже гораздо больше времени в воде, чем амбулоцеты.

Иллюстрация: Carl Buell, spektrum.de

Финишная прямая

Останки всех вышеописанных животных находят в основном у берегов соседствующих Индии и Пакистана. Это значит, что в морях они еще не плавали и были довольно тесно связаны с сушей. Но прошло всего несколько миллионов лет, и возникли протоцеты («первые киты»), которые отправились в открытое море, – их находят практически повсеместно. Конечности у них были совсем короткими, зато появился мощный хвост. Поползла вверх и их… ноздря: у современных китообразных она находится на макушке и называется дыхалом.

Протоцет имел зубы, но еще не обзавелся эхолокацией, которая сегодня есть только у зубатых китов (к ним относятся дельфины, нарвалы, морские свиньи, а есть еще усатые – синие, горбатые и т. д.). Протоцеты уже могли слышать под водой – приспособление уха к водной среде у них почти завершилось. Тем не менее, они все еще были тесно связаны с сушей, куда выбирались для рождения детенышей. Об этом, во всяком случае, говорят найденные останки самки в процессе родов: детеныш выходил головой вперед. В воде такая конфигурация была бы попросту невозможна: китенок задохнулся бы в процессе родов.


40 млн лет назад уже жили базилозавры – «царственные киты», которым суша уже была совсем не нужна. Их ноздря сместилась еще дальше наверх, конечности стали еще короче, а длина тела могла достигать 21 метра. Вместе с ними обитали и менее крупные дорудоны. Они настолько похожи на уменьшенных базилозавров, что их часто принимали за детенышей базилозавров. Именно дорудоны, вероятнее всего, и стали предками современных китов. Эхолокации ни у тех, ни у других все еще не было. Она появилась около 33 млн лет назад у сквалодонов, которых вполне можно принять за какой-нибудь современный вид дельфинов (впрочем, они их родственники, но не прямые потомки). У них в черепе уже имелась так называемая лобная дыня – жировая подушка, которая ответственна за эхолокацию.

Если дельфины сделали ставку на мозг и эхолокацию, то киты предпочли вкладываться в уникальный ротовой аппарат. Китовый ус – суперэффективный фильтр, позволивший его обладателям стать самыми большими существами из когда-либо существовавших на Земле. Возник он почти одновременно с эхолокацией у зубатых китообразных. А некоторые виды сохраняли зубы, при этом имея и сетку для фильтрации. Например, этиоцеты, которые встряхивали ил на дне, а затем процеживали то, что поднималось вверх.


Вместе с эхолокацией и остальными новшествами у китообразных увеличился мозг и прибавилось ума. Первый раз – около 40 млн лет назад, причем тогда это затронуло всех, а еще раз – 15 млн лет назад, но только у дельфинов. Киты обладают самым большим мозгом среди всех млекопитающих, что накладывает на них большую ответственность по обслуживанию этого органа. Уход в воду сопроводило повышение активности гена нейроглобина.

Этот белок участвует в запасании кислорода для питания мозга. Изменилась, конечно же, активность и последовательность генов, ответственных за обонятельные рецепторы. Обоняние китообразные утратили: одни – частично, другие – полностью. Приспособились к жизни в воде и глаза китообразных. И, как мы уже рассказали, ухо. И все это – за счет небольших изменений в геноме на протяжении миллионов лет. Чего только не сделаешь, чтобы переехать поближе к морю.



Наука

Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

OK OK OK OK OK OK OK