Содержание
Ученые выяснили, что заставило китов стать самыми большими животными
https://ria.ru/20180326/1517312284.html
Ученые выяснили, что заставило китов стать самыми большими животными
Ученые выяснили, что заставило китов стать самыми большими животными — РИА Новости, 26.03.2018
Ученые выяснили, что заставило китов стать самыми большими животными
. Киты стали самыми крупными животными на Земле из-за необходимости тратить большие количества энергии на обогрев тела в холодной морской воде, заявляют биологи РИА Новости, 26.03.2018
2018-03-26T22:00
2018-03-26T22:00
2018-03-26T23:57
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1517312284.jpg?15114506811522097826
сша
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
2018
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
открытия — риа наука, сша
Открытия — РИА Наука, Наука, США
МОСКВА, 26 мар – РИА Новости.
Киты стали самыми крупными животными на Земле из-за необходимости тратить большие количества энергии на обогрев тела в холодной морской воде, заявляют биологи в статье, опубликованной в журнале PNAS.
16 марта 2017, 13:55
Ученые выяснили, кто ест больше — пауки, киты или люди
«Многие люди считают, что переход к жизни в воде облегчил жизнь млекопитающим и позволил им достичь рекордно больших размеров, однако мы показали, что на самом деле это наложило на предков китов очень жесткие ограничения. Оказалось, что вода не помогла, а заставила китов стать большими – других опций у них просто нет», — заявил Джонатан Пейн (Jonathan Payne) из Стэнфордского университета (США).
Первые киты, как сегодня считают палеонтологи, появились на Земле примерно 50 миллионов лет назад, когда их предположительный предок, амбулоцетис, перешел к полуводному образу жизни. С тех пор их облик радикально изменился – их лапы превратились в плавники, они приобрели традиционный «китовый» хвост, а их масса и размеры увеличились в несколько сотен раз.
Самые крупные современные киты, как показывают свидетельства очевидцев, весят около двух сотен тонн и имеют длину примерно в 30-35 метров, что делает их самыми крупными животными на Земле сегодня. В далеком прошлом, у китов были достойные «конкуренты» – сухопутные ящеры из числа гигантозавров, обладавшие схожей массой и длиной, и морские хищные ящеры плиозавры, обладавшие массой в 50-60 тонн и длиной в десятки метров.
Сегодня у большинства китов нет естественных врагов, и это, как отмечают ученые, обычно приводит к постепенному увеличению массы и размеров тела животных. Рост китов, как показывают их окаменелости, остановился десятки миллионов лет назад, и сейчас ученые ожесточенно спорят о том, что заставило их остановиться.
17 февраля 2016, 15:33
Ученые: «ленивые» сыновья и внуки оказались причиной появления бабушекОдной из причин появления бабушек в популяциях древних людей и приобретения человеком долгой жизни могла быть «лень» их сыновей и внуков, не отдалявшихся далеко от дома матери, которая помогала им воспитывать потомство и тем самым увеличивать шансы носителей своих генов на выживание.
Для ответа на этот вопрос Пейн и его коллеги проанализировали то, как эволюционировали не только киты, но и другие морские млекопитающие – тюлени, моржи, морские котики и дельфины. В общей сложности они изучили анатомию примерно четырех тысяч ныне существующих видов животных и трех тысяч их вымерших родичей.
Этот анализ указал на любопытную вещь – оказалось, что переход к жизни в воде задает необычно жесткие ограничения на массу животных. Как оказалось, все морские млекопитающие быстро «росли» на первых этапах их эволюции, а затем остановились на массе, обычно равной примерно 450-500 килограммам.
Подобная остановка, как считают авторы статьи, связана с двумя взаимосвязанными экологическими факторами – низкой доступностью пищи и тем, что китам и прочим жителям морей приходится тратить большое количество энергии на обогрев тела в холодной морской воде.
20 ноября 2017, 20:00
Синие киты оказались «правшами», заявляют ученые
Оба этих фактора, как отмечает Пейн, загоняют китов в очень узкие экологические рамки.
С одной стороны, масса и размеры их тела не могут быть маленькими, так как небольшие животные «сжигают» энергию быстро и не могут постоянно добывать большие количества пищи. С другой стороны, телу приходится тратить все больше энергии на обогрев по мере увеличения его размеров, что накладывает ограничения на максимальную массу.
Есть и исключения из этого правила – усатые киты, достигающие массы в несколько сотен тонн. Как полагают ученые, они смогли обойти его благодаря тому, что они добывают пищу, фильтруя планктон из воды, а не охотясь на крупных животных. Как им удалось этого достичь, пока не понятно, и ученые планируют раскрыть эту загадку в ближайшее время.
Почему киты такие большие? | greenbelarus.info
Морским млекопитающим надо быть большими, но не слишком, потому что иначе они могут замёрзнуть или умереть от голода.
Любой человек, когда-либо видевший величественных китов или огромных морских слонов, может считать, что морские млекопитающие выглядят так, будто могут бесконечно увеличиваться в размерах (и не стоит никого обвинять в невежественности из-за подобных мыслей) , но недавнее исследование показало, что рост млекопитающих на самом деле более ограничен в воде, чем на суше.
Это открытие исследовательской команды из Стэнфорда серьёзно отличается от предыдущих теорий, которые предполагали, что ограничения на рост тела в воде должны быть менее выраженными (вероятно из-за отсутствия пространственных ограничений и способности животных плавать, что избавляет их от необходимости переносить вес собственного тела на ногах).
Вместо этого учёные обнаружили, что нижняя граница вероятного размера тела у морских млекопитающих ограничена необходимостью соханять тепло, а верхняя граница связана с трудностями получения достаточного для выживания количества пищи. Таким образом, если морские млекопитающие будут слишком маленькими, они замёрзнут, а если слишком большими – умрут от голода.
Исследование было опубликовано 26 марта в Proceedings of the National Academy of Science.
«Многие люди считают, что возможность быть в воде даёт морским млекопитающим огромную свободу, но мы видим, что это скорее сдерживающий фактор, — говорит соавтор исследования Джонатан Пейн, профессор геологии в Стэнфордской Школе Земли, Энергетики и Экологических Наук (Стэнфордской Земле).
— Дело не в том, что вода позволяет вам быть крупным млекопитающим. На самом деле, в воде вы вынуждены быть крупным – других вариантов просто нет».
— Дело не в том, что вода позволяет вам быть крупным млекопитающим. На самом деле, в воде вы вынуждены быть крупным – других вариантов просто нет».
Становиться большими, но не слишком
Хотя млекопитающие, которые живут в воде, имеют схожую продолговатую форму тела, они не особенно связаны между собой. Тюлени и морские львы скорее имеют отношение к собакам, ламантины делят родословную со слонами, а киты и дельфины находятся в родстве с бегемотами и другими копытными млекопитающими.
Чтобы более подробно узнать о том, как эти группы наземных млекопитающих приобрели свою характерную внешность после превращения в водных животных, учёные собрали данные о массе тела 3859 ныне живущих и 2999 ископаемых видов млекопитающих, опираясь на имеющиеся данные.
В ходе исследования были проанализированы около 70% живущих и 25% вымерших видов. Учёные анализировали данные, используя набор моделей, разработанный совместно с Крейгом Макклейном из консорциума морских университетов штата Луизиана.
В результате данного анализа было обнаружено, что как только наземные животные превращаются в водных, они очень быстро пиобретают новые формы и размеры, и их новая масса тела увеличивается приблизительно до 450 килограммов. Более мелкие предки, такие как различные родственники собак, выросли сильнее, чем это сделали более крупные предки, такие как бегемоты.
Таким образом, животные увеличивались в размерах, пока не дорастали до определённых параметров, которые можно считать оптимальными. Эта особенность демонстрирует нам, что водным млекопитающим надо быть большими, но не слишком огромными, — они не росли бесконечно.
Также учёные отметили, что выдры, которые «вошли в воду» совсем недавно, выбиваются из этой общей картины. Возможно, так происходит по той причине, что многие виды выдр по-прежнему обитают на суше.
«Ключ к разгадке – это создание филогенетического дерева, которое поможет понять, как виды животных связаны друг с другом и сколько времени прошло между различными процессами эколюционного ветвления, — говорит ведущий автор Уилл Гирти, аспирант Стэнфордской Земли.
— Дерево наследственных отношений позволяет нам строить модели, основанные на данных о современных видах, и они позволяют нам делать выводы о том, какими были размеры тел у предков, и демонстрирует, какие эволюционные траектории наиболее соответствуют тому результату, который мы видим сегодня».
Тепло и еда
Исследовательская команда утверждает, что больший размер помогает млекопитающим сохранять тепло в воде, которая ниже их температуры тела.
«Когда вы очень малы, вы отдаёте тепло воде так быстро, что у вас нет возможности восполнить потери с помощью питания», — отметил Пэйн.
Учёные также предполагают, что с увеличением размеров тела у морских млекопитающих их метаболизм увеличивается сильнее, чем способность добывать пищу. И это тот фактор, который обусловливает наличие у млекопитающих верхней границы в размерах тела.
«В принципе, животные – это машины, которые требуют энергии для работы.
Эта потребность в энергии создаёт жёсткие ограничения в том, что животные могут делать, и в том, насколько они велики», — сказал Макклейн, один из соавторов исследования.
«Диапазон жизнеспособных размеров для млекопитающих в океане на самом деле меньший, чем диапазон возможных размеров млекопитающих, живущих на суш», — сказал Пэйн. — Но подтвердить это статистически и обеспечить теорию, лежащую в основе этой статистики, — это нечто новое».
Если выдры стали исключением (их размеры гораздо меньше так называемой нижней границы жизнеспособных размеров тел морских млекопитающих), то усатые киты – это противоположное исключение (они выходят далеко за верхнюю границу).
Эти киты тратят на поиск и употребление пищи гораздо меньше энергии, чем их зубатые сородичи, потому что они (беззубые киты) получают свою еду методом фильтрации, что делает процесс «охоты» более эффективным, и у них есть возможность вырастать больших размеров, чем киты, у которых есть зубы.
«Кажется, размер кашалота – самый крупный из всех, что может быть у морского млекопитающего, не прошедшего специальную адаптацию», — сказал Гирти.
«Единственный способ стать таким же огромным, как усатый кит, — это полностью изменить способ питания».
Учёные начали работу над этим исследованием ещё в 2014 году, и сейчас они оценивают, насколько эффективно подходы, использовавшиеся в данной работе, могут применяться для объяснения распределения размеров тела в дургих группах животных. Особый интерес представляют те группы, которые имеют и наземные, и водные виды.
Почему киты такие большие? Кажется, у науки есть ответ
Нет, я не буду рассказывать, что усатые киты очень большие. Вы и так это знаете. Как и то, что синий кит весом в 13-14 тонн — самое тяжелое существо на планете. Но бьюсь об заклад, что вы не знаете, почему эти киты, которые питаются через фильтр, такие большие. Потому что даже ученые этого не знают.
Во всяком случае не знали до сегодняшнего дня. Группа ученых предложила увлекательную теорию в Трудах Королевского общества B: сводя летопись окаменелостей и филогенетическую работу (то есть определяя взаимосвязь видов друг с другом), они обнаружили, что усатые киты, вероятно, стали гигантскими всего 3 миллиона лет назад — мелочь в великой схеме эволюции — и эта трансформация, вероятно, была вызвана изменением климата. Это, конечно, заставляет задуматься о том, с какими проблемами могут столкнуться гигантские животные по мере нагрева и подкисления океанов Земли.
Усатые киты — которые проглатывают огромное количество воды и отфильтровывают крошечную живность вроде криля — существуют около 30 миллионов лет. В течение большей части этого времени они были весьма скромно сложены, оставаясь длиной в 10 метров или около того, то есть в три раза меньше современного голубого кита. В конце концов, быть маленьким удобно. Как минимум легче открывать пасть, когда она небольшая.
В начале ледникового периода около 3 миллионов лет назад океаническая система начала сильно меняться в больших масштабах. Ледяные листы расширялись на север, а потоки засасывали питательные вещества в море. Увеличение ветрового апвеллинга (подъема глубинных вод к поверхности) принесло еще больше питательных веществ из глубин: когда ветер сдувает верхние слои воды, глубокие стремятся им на замену. Это привело к расцвету растительного фитопланктона, что, в свою очередь, ускорило размножение зоопланктона — криля — который питается первым. Пища китов начала собираться в определенных местах в определенные времена года.
Большие размеры стали бы преимуществом для китов в разгар этой климатической трансформации за счет нескольких факторов (эта черта развивалась независимо у разных родословных усатых китов, подтверждая преимущество развития). Во-первых, большие киты менялись вместе с пищевой цепочкой, разрастаясь до таких размеров, что помещали себя вне зоны досягаемости хищников. Большой рот также более эффективно захватывал зоопланктон.
Если вы можете накопить больше жира, вы можете дальше мигрировать, в отличие от небольших китов, которые тусовались в окрестных водах с небольшими концентрациями планктона.
«Мы считаем, что это экологическое объяснение стоит за изменением размеров тела», говорит палеобиолог и соавтор исследования Ник Пенсон из Смитсоновского университета. «Объясняет не только происхождение очень больших, но и исчезновение очень маленьких усатых китов, которые сегодня представлены в этой родословной только китом-пигмеем». Меньшие киты просто не могли конкурировать в новом мировом порядке, но почему смог кит-пигмей — это загадка.
Но разве не могли киты стать большими просто, потому что могли? Ведь плавать в воде — это не то что ходить с большим телом по земле. «Когда вы изучаете данные, это исключается», говорит Пенсон. «Когда кит попадает в воду и становится очень большим — нет, это не так». В конце концов, усатые киты жили в воде десятки миллионов лет, прежде чем стать гигантскими.
Но что исследование показывает наверняка, так это экстраординарность этого момента в естественной истории Земли.
Просто представьте, что нужно для поддержания не только голубых китов, но и других усатых китов, например серых. Они питаются во время путешествий за тысячи и тысячи морских миль. «В истории не было еще времени, когда такие большие хищники могли бы найти столько биомассы в плодородных океанах», говорит палеонтолог позвоночных Эрих Фитцжеральд, не принимавший участия в исследовании. «Аналога в истории просто нет. Можно проследить до самого конца эпохи динозавров, на 66 миллионов лет назад, и только последние 3 миллиона лет будут действительно уникальными».
Люди могут все это разрушить. Небольшие изменения температуры океанов могут иметь каскадное воздействие на экосистемы. Если течения изменятся или холодные апвеллинговые воды прекратят выводить питательные вещества на поверхность, фитопланктон не расцветет, а зоопланктон не будет питаться. Если не будет зоопланктона, усатым китам нечего будет есть. Если же цветение сместится в другие участки моря, а киты не смогут его найти, их преимущество в размерах внезапно станет обузой.
Изменение климата сотворило гигантов, и хотя пока слишком рано говорить о том, как оно повлияет на них в ближайшие десятилетия, гиганты, безусловно, находятся в опасной ситуации. Большие существа находятся на острие эволюции по определению. Да, наука выяснила, что большими киты стали из-за изменений климата. Теперь осталось убедиться, что дальнейшее изменение климата им не повредит.
БиологияЖивотные ЗемлиПланета Земля
Для отправки комментария вы должны или
Почему синие киты такие гигантские?
«Мы действительно живем во времена гигантов». Такой высокий язык не часто встречается в научной литературе. Но человек, написавший их, биолог Джереми Голдбоген, понимает: когда дело доходит до описания китов, трудно переоценить масштаб и тайну их жизни.
В течение последних двух десятилетий Голдбоген и его сеть сотрудников собирали головоломку: киты — самые большие животные, которые когда-либо жили— а почему? Части головоломки были недоступны до начала текущего века, и только в последние несколько лет их стало достаточно, чтобы понять более широкую картину.
Теперь мы понимаем, что гигантизм китов тесно связан с двумя вещами: во-первых, с их выбором добычи, и, во-вторых, с совпадением их эволюции с глобальным увеличением подъема богатой питательными веществами воды из глубин океана.
Первые усатые киты, питающиеся планктоном через фильтр — по сути, крошечными дрейфующими морскими жуками. Но более поздняя линия, известная как rorquals, разработала замечательную новую стратегию кормления, известную как «кормление с выпадом», которая позволила им получить доступ к другому типу добычи: роящимся косякам мелкой рыбы и криля. Механика этой стратегии выстроена таким образом, что большие рты (и, следовательно, более крупные тела) получают больше пользы от кормления выпадом, чем маленькие рты или альтернативные способы кормления.
Таким образом, появление кормления с выпадом (около 7-10 миллионов лет назад) обеспечило энергетическую побудительную структуру для огромных размеров, а внезапный подъем океанского апвеллинга (примерно пять миллионов лет назад) предоставил им достаточный запас добычи: по счастливой случайности рецепт величия.
Внезапно у полосатых полосатиков появилась добыча, необходимая им для роста. Вот почему эволюция крупнейших животных Земли — это удивительно недавнее событие. Это действительно время гигантов: эпоха китов.
Но в комнате есть слон. На самом деле это синий кит.
Может быть, понятно, почему полосатые киты в целом такие большие, но из этих гигантов, почему синие киты намного крупнее всех остальных? Синий кит может достигать более 100 футов в длину и весить более 150 тонн. Сравните это с финвалом, вторым по величине животным в истории: обычно 80 футов в длину и 60 тонн — меньше половины веса синего кита. Что тут происходит? Что делает синих китов такими особенными?
Я полагаю, что для ответа на этот вопрос потребуется еще несколько кусочков головоломки, в частности точки зрения эволюционной экологии. Ни один вид нельзя понять изолированно; он развивался вместе с близкими родственниками в контексте постоянно меняющейся среды.
Распространение кормления с выпадом среди полосатиков имело огромное значение.
Внезапно роду стали доступны новые разновидности добычи, и океан никогда не считался с хищником, совершенно подобным им. Но полосатики кормятся не в вакууме. Другие хищники — рыбы, морские птицы и тюлени — уже занимались добычей, и конкуренция была жесткой.
Единственным облегчением от этого давления была специализация. Не все виды кишащей добычи были одинаковыми, и становление специалистом в одном виде давало решающее конкурентное преимущество. Некоторые полосатики научились нацеливаться на стайную рыбу. Некоторые удвоили планктон. Другие стали универсалами, специализируясь на гибкости диеты и возможности смены добычи.
Десятки видов rorqual возникли и вымерли с момента появления кормления с выпадом. Те немногие родословные, которые существуют сегодня, являются лишь тенью того старого разнообразия, и они существуют только потому, что их особенности позволяют им сосуществовать.
Из всех современных полосатых китов синие киты, пожалуй, наиболее специализированы. Они едят криль и только криль, за очень редкими исключениями.
Это, как мы увидим, является ключом к их превосходному размеру.
Специализация на криле — непростая задача. Криль может быть в изобилии, но только в определенных изолированных районах мирового океана, таких как зоны апвеллинга и полярные океаны. Чтобы наткнуться на бум криля и пережить неизбежные потери, синим китам нужна исключительная мобильность и большие запасы энергии. Они достигают этого благодаря огромным размерам, гладким телам и маленьким гидродинамическим плавникам. Такие тела более эффективно перемещаются по воде, и толстые запасы богатого энергией жира накапливаются при полезной инерции.
Но однажды найденный криль не так-то просто поймать. Успешный выпад должен быть выполнен на скорости и с элементом неожиданности. Некоторые киты могут перехитрить криль, например горбатый кит с длинными ластами, но голубым китам пришлось пожертвовать маневренностью ради эффективности на дальних дистанциях. В гонке вооружений против побега криля лучшим вариантом для синего кита является больший рот, которого он достигает с более крупным телом.
Опять же, решение в размере.
Но экологическая специализация — палка о двух концах в мире с нулевой суммой. Инвестиции в один аспект средств к существованию идут за счет других. Специализация обеспечивает некоторую безопасность, но также вносит хрупкость. Любые изменения в экосистеме, как правило, в первую очередь вредят специалистам. И чем более специализированным становится хищник, тем труднее ему вернуться назад. Вместо этого хищник, скорее всего, добьется большего успеха, инвестируя в более глубокие экологические окопы. Таким образом, отбор по специализации быстро становится круговым.
Синие киты буквально воплощают эту загадку специализации. Чтобы конкурировать за криль, они эволюционировали для повышения эффективности на дальних дистанциях за счет маневренности. Такое тело отлично справляется со своими обязанностями, но оно не сможет справиться с любой другой добычей. Другие rorquals слишком подвижны, у них гораздо больше вариантов добычи и меньше энергетических потребностей.
Итак, синий кит должен еще решительнее предаться зависимости от криля.
Во всем этом есть еще одна загвоздка. Размер является ключом к диете синего кита, но он также увеличивает общий энергетический баланс кита. Большему телу требуется больше пищи, которую может поддерживать даже меньшее количество частей мирового океана, поэтому требуется большее тело, которое может путешествовать еще дальше с большими запасами энергии и большей эффективностью. Но большее тело требует еще больше криля… и с каждым поворотом рукоятки ненадежная жизненная стратегия синего кита становится все более зыбкой.
Вот так синий кит попал в тавтологический круг специализации: он должен быть достаточно большим, чтобы есть достаточно, чтобы быть большим. Средство и цель стали одним и тем же. Экологическая окопа стала ловушкой. Единственный способ как-то выбраться — стать больше. Вот почему синий кит стал самым крупным из китов на Земле.
Но хватит оглядываться назад. Если эта экологическая схема полезна для объяснения прошлого синего кита, может ли она пролить свет на его будущее?
Сегодняшние синие киты оказались в китобойном и нагревающемся океане.
Лишь небольшая часть синих китов пережила эпоху коммерческого китобойного промысла. Например, в Южном океане осталось всего 0,1 процента. Всего было выловлено 2,9 миллиона больших китов. В некоторых районах увеличилось количество хищников среднего размера, чтобы заполнить экологический вакуум, оставленный китобойным промыслом, что еще больше затрудняет восстановление крупных китов.
В тот же период мы также наблюдали долгосрочное снижение производства фитопланктона и численности криля, отчасти вызванное изменением климата и чрезмерным выловом рыбы, другими словами, потерей тех самых условий, которые изначально способствовали эволюции синего превосходный размер кита. Между тем, растущий флот судов продолжает создавать шум и сталкиваться с крупными китами, стойкие загрязнители накапливаются в пищевой цепи, океан закисляется и т. д.; список можно продолжить.
Некоторые виды китов могут легко приспособиться к этим изменяющимся условиям, например, горбатый кит широкого профиля или малый полосатик, но как насчет синего кита, специалиста по холодным и продуктивным водам, единственным средством адаптации которого является увеличение (и значит нужнее)?
Это рассол синего кита: вид, застрявший между двумя затруднениями, одним древним, другим современным.
С одной стороны круговой рисунок специализации огромных размеров; с другой стороны, быстро ухудшающаяся пищевая сеть его океанского дома. Некуда идти и некуда расти.
Как отметили Голдбоген и его команда, это не теоретическое упражнение; это вопрос сохранения и потомства. В мире, который все больше благоволит оппортунистам и универсалам биосферы, что будет со специалистами вроде синего кита? Такие рекордсмены — свидетельство потенциала жизни на Земле. Они напоминают нам о том, что нужно быть смиренными перед экосистемами, которые поддерживают нас. Мы уже принимаем эти уроки как должное, но насколько хуже было бы нам, если бы они были полностью потеряны?
Действительно, мы живем во времена великанов. Убедимся, что это продлится.
Благодарности: Автор благодарит Лизу Балланс, Джея Барлоу, Джона Каламбокидиса и его героя, покойную Гретхен Стайгер.
ОБ АВТОРАХ
Эрик М. Кин, доктор философии, изучает усатых китов на западном побережье Северной Америки и преподает экологические исследования в Южном университете Сьюани.
Он является биологом-исследователем в области исследований морской экологии и телеметрии и научным содиректором BC Whales.
Почему киты стали такими большими
Когда я впервые столкнулся лицом к лицу с морским львом, я чуть не закричал. Я занимался сноркелингом и после долгого наблюдения за разноцветными кораллами поднял глаза и увидел гигантского быка в паре футов перед моей маской. Его глаза были опалесцирующими. Его длинные клыки намекали на его тесную эволюционную связь с наземными хищниками, такими как медведи и собаки. И что самое неприятное, это было огромное .
Млекопитающие становятся такими, когда вторгаются в океан. Ластоногие — тюлени, морские львы и моржи — обычно представляют собой огромные сгустки мускулов и жира. То же самое можно сказать и о ламантинах и дюгонях. А киты почти синонимичны величине. Снова и снова родословные пушистых млекопитающих отправляются в плавание, и с течением времени они увеличиваются в размерах. Почему?
Большинство объяснений этой тенденции рассматривают океан как своего рода выброс.
Вода частично освобождает тела млекопитающих от ярма гравитации, позволяя им эволюционировать в более тяжелые тела, которые они не могли поддерживать на суше. Вода освобождает их от ограничений территории, давая им огромные площади для кормления. Вода освобождает их от скудной пищи наземной диеты и предлагает им огромные стаи планктона, ракообразных и рыб, которыми они могут полакомиться.
Но у Уильяма Герти из Стэнфордского университета есть совсем другое объяснение. Для него океан делает млекопитающих большими не потому, что снимает с них ограничения, а потому, что налагает новые.
«Когда вы входите в воду, ваше тело начинает терять тепло, которого вы не теряете на суше или в воздухе», — объясняет он. Чтобы противодействовать постоянной потере тепла, люди используют гидрокостюмы, у китов есть ворвань, а у выдр густой мех. «Но на самом деле самый простой способ противодействовать этому — стать больше», — говорит Герти. По мере того, как тела раздуваются, объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности, поэтому вы производите больше тепла в своем теле, но теряете сравнительно меньше его через кожу.
Но животные не могут стать бесконечно большими, потому что более крупные тела также требуют больше топлива. Пищи ровно столько, сколько животное может разумно найти, поймать и проглотить.
Таким образом, потребность в тепле устанавливает минимальный размер тела океанических млекопитающих, а потребность в еде устанавливает потолок. И пропасть между ними, как обнаружил Гирти, на удивление узкая — и гораздо более узкая, чем на суше.
Вместе с Джонатаном Пейном, также из Стэнфорда, и Крейгом Макклейном из Морского консорциума университетов Луизианы, Герти собрал данные о размерах почти 7000 видов млекопитающих, как современных, так и вымерших. Он показал, что морские группы — киты, ламантины и тюлени — независимо друг от друга достигли средней оптимальной массы около 1100 фунтов.
Очевидно, что существует множество вариантов — кашалот явно не такого размера, как дельфин. Но важно то, что эта вариация в море намного на ниже, чем на суше. «Минимальный размер в этих водных группах в тысячи раз больше, чем минимальный для наземных групп, но максимальный размер всего в 25 раз больше», — говорит Герти.
«Мне показалось странным, что никто этого раньше не заметил».
Эти тенденции не согласуются с представлением об океане как о спасении. Вместо этого он предполагает, что вода накладывает строгие ограничения. Чтобы процветать в нем, млекопитающие должны быть как раз нужного размера — большими, да, но не слишком большими и не слишком маленькими. И Герти мог рассчитать границы этой зоны Голидлоков с помощью набора уравнений, которые связывают размер млекопитающего с теплом, которое оно теряет в воде, и скоростью, с которой оно может найти пищу. Эти уравнения предсказали как оптимальный средний вес в 1100 фунтов, к которому эволюционировали морские млекопитающие, так и узкий диапазон размеров вокруг этого идеала.
В этом есть смысл, говорит Саманта Прайс из Университета Клемсона, изучающая эволюцию млекопитающих. «Но эволюция сложна, — говорит она, — и энергетические компромиссы, возможно, не привели к эволюции больших размеров в полной изоляции». Возможно, что другие предложенные факторы, такие как повышенная плавучесть, облегчили морским млекопитающим попадание в эту зону Златовласки, уменьшив затраты на то, чтобы стать крупнее.
И, как всегда в биологии, есть исключения. Морские выдры, например, необычно малы для морских млекопитающих — они размером с лабрадора. Это может быть связано с тем, что их чрезвычайно толстый мех, содержащий до миллиона волосков на квадратный дюйм, позволяет им оставаться в тепле, не будучи большими. Они также проводят много времени на суше, где потеря тепла не является проблемой.
С другой стороны, усатые киты намного превосходят оптимальные 1100 фунтов. Самый большой из них, синий кит, может достигать 400 000 фунтов. Он и его поистине гигантские родственники появились только в последние несколько миллионов лет эволюции китов, и Ник Пайенсон из Смитсоновского института считает, что знает, почему. Около 3 миллионов лет назад сочетание изменений ледников, ветров и течений вызвало большие выбросы питательных веществ в прибрежные воды, которые затем стали кормом для орд ракообразных и мелкой рыбы — потенциальной добычи китов. Но как я писал в прошлом году:
Эти сокровища не были распределены равномерно.
Они были сосредоточены в особых, отдаленных местах — буфетах «все, что вы можете съесть», разделенных буквальными пищевыми пустынями. Именно поэтому, по словам Пайенсона, эволюционировали гигантские усатые киты. Они прекрасно приспособлены для охоты на редкую, но концентрированную добычу. Их огромный размер позволяет им выживать в течение длительного времени, не встречая никакой пищи. И они развили технику кормодобывания, называемую кормлением выпадом, когда они бросаются в стаю добычи, открывают свои раздувающиеся рты и всасывают огромные объемы воды.Появление концентрированной добычи и эволюция техники ее ловли позволили китам пробить установленный диетой потолок, который делает других морских млекопитающих большими, но не слишком большими. Вот почему они, а не ламантины или тюлени, превратились из больших животных в самых больших животных, которые когда-либо существовали.
Почему киты большие, но не больше? | Земля
Малый полосатик. Изображение через Джереми Голдбогена.
Мэтью Савока, Стэнфордский университет; Джереми Голдбоген, Стэнфордский университет, и Николас Пайенсон, Смитсоновский институт
И зубатые, и усатые (фильтрующие) киты являются одними из крупнейших когда-либо существовавших животных. Синие киты, длина которых достигает 100 футов (30 метров), а вес может превышать 150 тонн, являются крупнейшими животными в истории жизни на Земле.
Несмотря на то, что киты существуют на этой планете около 50 миллионов лет, по-настоящему гигантскими они стали только за последние пять миллионов лет или около того. Исследователи имеют слабое представление о том, что ограничивает их огромные размеры. Каков темп жизни в этом масштабе и каковы последствия того, что он такой большой?
Как ученые, изучающие экологию, физиологию и эволюцию, мы заинтересованы в этом вопросе, потому что хотим знать пределы жизни на Земле и что позволяет этим животным жить в таких экстремальных условиях. В недавно опубликованном исследовании мы показываем, что размер китов ограничен очень эффективными стратегиями кормления самых крупных китов, которые позволяют им потреблять больше калорий по сравнению с энергией, которую они сжигают во время кормления.
Лунные календари EarthSky 2020 доступны! Они делают отличные подарки. Заказать сейчас. Идем быстро! 900:05 Горбатый кит приближается к ученым в Антарктике. Изображение из лаборатории Голдбогена, Стэнфордский университет/Университет Дьюка, морская робототехника и дистанционное зондирование, получено в соответствии с разрешением ACA/NMFS № 14809.
Способы быть китами
Первые киты на Земле имели четыре конечности, были чем-то похожи на больших собак и по крайней мере часть своей жизни жили на суше. Их потомкам потребовалось около 10 миллионов лет, чтобы перейти к полностью водному образу жизни, и примерно на 35 миллионов лет больше, чтобы киты стали морскими гигантами.
После того, как около 40 миллионов лет назад киты стали полностью водными, в океане преуспели либо усатые киты, которые питались, процеживая морскую воду через усовые фильтры во рту, либо зубатые киты, которые охотились за добычей с помощью эхолокации.
По мере того, как киты развивались по этим двум путям, в водах вокруг них усиливался процесс, называемый океаническим апвеллингом.
Апвеллинг возникает, когда сильные ветры, идущие параллельно берегу, отталкивают поверхностные воды от берега, втягивая холодные, богатые питательными веществами воды из глубин океана. Это стимулирует цветение планктона.
Апвеллинг возникает, когда ветры вытесняют поверхностные воды, которые замещаются холодной, богатой питательными веществами водой, поднимающейся снизу. Изображение через NOAA.
Более сильный апвеллинг создал подходящие условия для того, чтобы добыча усатых китов, такая как криль и кормовая рыба, сконцентрировалась в плотных участках вдоль береговой линии. Киты, которые питались этой добычей, могли эффективно и предсказуемо добывать корм, что позволяло им расти больше. Записи окаменелостей, показывающие, что линии усатых китов по отдельности стали гигантскими в одно и то же время, подтверждают эту точку зрения.
Действительно большие глотки
Есть ли предел тому, насколько большими могут стать киты? Мы решили этот вопрос, обратившись к энергетике животных — изучению того, насколько эффективно организмы поглощают добычу и превращают содержащуюся в ней энергию в массу тела.
Увеличение основано на простой математике: если существо получает больше калорий, чем тратит, оно становится больше. Это может показаться интуитивно понятным, но продемонстрировать это на данных, собранных у свободноживущих китов, было колоссальной задачей.
Чтобы получить информацию, наша международная группа ученых прикрепила к китам метки высокого разрешения с присосками, чтобы мы могли отслеживать их ориентацию и движение. Теги записывали сотни точек данных в секунду, а затем отключались для восстановления примерно через 10 часов.
Подобно Fitbit, который использует движение для записи поведения, наши метки измеряли, как часто киты питались под поверхностью океана, как глубоко они ныряли и как долго оставались на глубине. Мы хотели определить энергетическую эффективность каждого вида — общее количество энергии, полученной им при поиске пищи, по отношению к энергии, затраченной на поиск и поедание добычи. 900:05 Помечен синий кит у побережья Биг-Сура, Калифорния.
Изображение предоставлено Duke Marine Robotics & Remote Sensing в соответствии с разрешением NMFS 16111.
Данные для этого исследования были предоставлены сотрудниками, представляющими шесть стран. Их вклад представляет собой десятки тысяч часов полевой работы в море по сбору данных о живых китах от полюса до полюса.
В общей сложности это означало пометку 300 зубатых и усатых китов 11 видов, от пятифутовых морских свиней до синих китов, и регистрацию более 50 000 случаев кормления. В совокупности они показали, что гигантизм китов обусловлен способностью животных увеличивать чистый прирост энергии с помощью специализированных механизмов кормодобывания.
Наш главный вывод заключался в том, что усатые киты, кормящиеся с выпада, которые огромными глотками поглощают стаи криля или кормовой рыбы, получают наибольшую отдачу от затраченных средств. По мере того, как эти киты увеличиваются в размерах, они тратят больше энергии на выпады, но размер их глотка увеличивается еще более резко.
Это означает, что чем крупнее становятся усатые киты, тем больше становится их энергетическая эффективность. Мы подозреваем, что верхний предел размера усатых китов, вероятно, определяется размером, плотностью и сезонным постоянством их добычи.
Крупные зубатые киты, такие как кашалоты, иногда питаются крупной добычей, включая легендарного гигантского кальмара. Но в океане очень мало гигантских кальмаров, и их трудно найти и поймать. Чаще крупные зубатые киты питаются кальмарами среднего размера, которых гораздо больше в глубинах океана.
Из-за нехватки достаточно крупной добычи мы обнаружили, что энергетическая эффективность зубатых китов снижается с увеличением размера тела — в отличие от модели, которую мы задокументировали для усатых китов. Таким образом, мы считаем, что экологические ограничения, налагаемые отсутствием гигантских кальмаров, препятствовали тому, чтобы зубатые киты развивались в более крупных размерах, чем кашалоты.
Масштабирование энергетической эффективности зубатых китов и усатых китов.
Изображение через Alex Boersma.
Одна часть большой головоломки
Эта работа основана на предыдущем исследовании эволюции размера тела китов. Остается много вопросов. Например, поскольку киты развили гигантизм относительно недавно в своей эволюционной истории, могут ли они стать еще больше в будущем? Это возможно, хотя могут быть и другие физиологические или биомеханические ограничения, ограничивающие их приспособленность.
Например, недавнее исследование, в ходе которого измерялась частота сердечных сокращений синих китов, показало, что частота сердечных сокращений была близка к максимальному значению даже во время обычного кормодобывания, что предполагает наличие физиологического предела. Однако это было первое измерение, и необходимы дополнительные исследования.
Мы также хотели бы знать, распространяются ли эти ограничения на размер других крупных животных в море, таких как акулы и скаты, и как потребление огромного количества добычи усатыми китами влияет на экосистемы океана.