Мы рассказали о находке древнего кита из Калифорнии. По иронии судьбы, окаменелости были найдены на мусорной свалке. В этом материале мы проследим эволюцию китообразных и обратим внимание на самых выдающихся древних китов. Текст впервые был опубликован в блоге автора. Приводится с небольшими изменениями и дополнениями. На его основе был сделан доклад для лектория «Массаракш» на первом белорусском фестивале науки в Минске.
Китообразные — одни из самых удивительных млекопитающих. Они полностью перешли на водный образ жизни и приспособились к нему лучше, чем все остальные звери. За миллионы лет эволюции киты почти полностью лишились шерсти, преобразовали передние конечности в плавники в то время как задние атрофировались.
Волоски на морде горбатого кита
Ноздри китообразных сместились на макушку, они рефлекторно закрываются при нырянии. Гортань устроена так, что воздухоносный ход отделен от пищевода, поэтому киты и дельфины спокойно едят под водой. Легкие снабжены мощными гладкими мышцами, которые позволяют за один вдох обновить 80-90% воздуха. Для сравнения у человека за один вдох обновляется порядка 15%. Большое количество миоглобина в мышцах и гемоглобина в крови позволяет китообразным находиться под водой длительное время. Рекордсмен — кашалот. Он может не всплывать на поверхность до полутора часов.
Долгое время эволюция китообразных была загадкой. Сначала ученые полагали, что сухопутными предками китов были животные из группы мезонихиев. Мезонихии были странной кладой — преимущественно хищные, но с копытами на конечностях. Таким животным, к примеру, был синоникс.
Sinonyx jiashanensis — вымерший представитель мезонихий, группы палеогеновых копытных, известных из Северной Америки и Центральной Азии. Sinonyx один из самых древних представителей этой группы, жил в палеоцене, 56 млн. лет назад. Окаменелые останки вида были найдены в китайской провинции Аньхой. Он был наземным хищником собакообразного вида и достигал размеров большого волка: около 1,3 м в длину и 50 кг весом. Удлиненные челюсти были вооружены многочисленными острыми зубами, причем высокие предкоренные зубы и задние резцы выполняли функцию дополнительных клыков, помогая удерживать добычу. Короткие ноги по своей анатомии были схожи с ногами примитивных копытных, а пальцы заканчивались короткими и тупыми копытообразными когтями. Бегал Sinonyx плохо и, скорее всего, нападал из засады на медленных крупных животных или питался падалью.
Однако новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности гиппопотамов. На основе этих данных китообразных включили в состав отряда парнокопытные и предложили новый монофилетический таксон Cetartiodactyla, включающего две эти группы.
Все изменила находка пакицетуса в 1992 году в Пакистане. Она подтвердила молекулярные данные. К слову, его название так и переводится — «пакистанский кит». Он жил примерно 48 миллионов лет назад и вел земноводный образ жизни. Строение его скелета позволило сделать вывод, что киты не являются потомками мезонихид, а перешли к водному образу жизни, когда парнокопытные уже отделились от сестринского таксона мезонихиев. Скелет пакицетуса роднит его с современными китами, парнокопытными и гиппопотамами одновременно.
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 пакицетуса, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Открытие этого животного подтвердило данные молекулярной систематики, которые объединяли китообразных и парнокопытных в одну группу.
Еще больше ясности в понимание эволюции китообразных внесла находка индохиуса в Индии в 2007 году. Его название буквально переводится как «индийская свинья». Небольшой, размером с енота, зверек напоминал по своему образу жизни современных оленьков, которые скрываются от опасности в воде. Индохиус стоит на более древней ступени эволюции китообразных, чем пакицетус. Отнести малыша к древним китам позволило строения уха: утолщенная зонтичная кость в среднем ухе — особенность, присущая только китам.
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.
Предполагается, что индохиус был растительноядным, об этом свидетельствуют его зубы, а рыбная и мясная диета — приспособление более поздних китов.
Еще одна переходная форма, которую не замечают креационисты, когда требуют таковых. Амбулоцетус известен из эоценового Пакистана. Его название буквально переводится как «ходящий кит». Он еще больше, чем пакицетус, приспособился к жизни в воде, одновременно напоминая крокодила и дельфина. В длину он достигал трех метров, а весил порядка 300 килограммов. Для него предполагается «крокодилий» образ жизни: он поджидал добычу на дне водоема, а потом резко бросался на нее. Плавал амбулоцетус изгибаясь вертикально, а не горизонтально, как рыбы.
Еще одним древним китообразным был кутхицетус из семейства ремингтоноцетид. Его останки обнаружили в Индии. Кутхицетус жил в теплом эоценовом океане Тетис. Важным эволюционным шагом можно считать приобретение длинного рулеподобного хвоста и узкой гидродинамической головы. Образом жизни он напоминал современных выдр или каланов.
Все описанные выше китообразные относятся к группе археоцетов, или древних китов, на смену им пришли протоцеты, или первокиты. Если археоцеты могли обитать и в пресных водоемах и в морских, то протоцетиды стали уже полностью морскими животными. Такие данные получены по анализу изотопного состава зубов древнейших китов.
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. 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.
Первый в этом списке одноименный зверь — протоцетус. Он жил на территории Египта 42-38 миллионов лет назад. Его передние конечности все еще имели перепончатые пальцы, а задние уменьшились в размерах и не могли использоваться для ходьбы. Ноздри начали свой путь с конца морды на макушку, где когда-нибудь станут дыхальцем, как у современных китов и дельфинов.
Еще один пакистанский кит — родоцетус. Он еще мог выбираться на сушу, но крайне неуклюже, примерно как современные морские слоны. Его тазовый пояс уже практически полностью отделился от позвоночника, что характерно для более поздних китов.
Джорджиацетус продвинулся в плане отделения таза от позвоночника еще дальше. Кости таза были уже полностью отделены, что делало животное еще более неуклюжим на суше. Жил он на территории штата Джорджиа в среднем эоцене. По своему образу жизни джорджиацетус напоминал современных морских котиков. В его рацион входила рыба и моллюски. В длину он достигал 3,5 — 4 метров.
То, что протоцетиды еще не полностью перешли на водный образ жизни, рассказала находка майацетуса. Палеонтологи обнаружили останки беременной самки с окаменевшим плодом, который располагался головой к выходному отверстию. Если бы майацетусы рожали в воде, то детеныши бы просто захлебывались, поэтому на время родов они выбирались на побережья. У современных китообразных плод выходит из самки хвостом вперед.
Базилозавры, или палеонтологический курьез
Базилозавр — это один из вымерших гигантских китов. Его длина могла достигать 18 метров. Жил он в морях позднего эоцена 45-36 миллионов лет назад. Его останки впервые нашли еще в 19 веке и приняли за гигантского морского змея. Поэтому он до сих пор носит название «царственный ящер». Позже была попытка переименовать кита в зевглодона, но в систематике важно первое название, поэтому базилозавр по-прежнему носит такое имя. У базилозавра все еще сохранялись задние конечности, но уже только в качестве рудимента. Зевглодон был охотником и мог запросто закусить другими китообразными, например, дорудоном.
Дорудон не отличался такими выдающимися размерами, его длина достигала пяти метров. Жили они одновременно с базилозаврами, и сначала их даже приняли за детенышей базилозавров. Питались дорудоны рыбой и моллюсками. Как и у басилозавров, у них еще не было жировой подушки в черепе, а это значит, что эхолокация им была еще недоступна.
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.
Появление эхолокации
Самый древний вид, для которого предполагается эхолокация, — сквалодон. Он жил с олигоцена по середину миоцена, около 33 — 14 миллионов лет назад. Сквалодон не является прямым предком современных китообразных, но дает нам возможность понять, как проходила эволюция эхолокации.
Еще одним доисторическим китом, для которого была характерна эхолокация, считают Cotylocara macei. Он жил 32 миллиона лет назад и отделился от основного ствола китообразных уже после появления эхолокации.
Первые усатые киты
25 миллионов лет назад в океане обитал доисторический кит Janjucetus hunderi. Он был всего три метра в длину, но у него уже была одна прогрессивная особенность — широкая верхняя челюсть, которая позволяла ему очень сильно распахивать пасть. Палеонтологи считают, что Янъюцетус не фильтровал воду, а заглатывал ее вместе с добычей.
Древний левиафан
Левиафана Мелвилла обнаружили в Южной Америке в 2008 году. Свое название он получил от библейского чудовища и Германа Мелвилла — автора книги про Моби Дика. Левиафан жил в миоценовых морях и был животным с самыми крупными зубами в мире. Размер верхних зубов: диаметр 12 см, длина 36 см. Общая предположительная длина тела — от 13,5 до 17,5 м. В отличие от современного кашалота, зубы росли и на нижней, и на верхней челюстях. Полагают, что монстр охотился на морских млекопитающих — в том числе и на других китов.
Самый древний дельфин
Окаменелости древних дельфинов — кентриодонов находили в Европе и Японии. Эта группа существовала с олигоцена по плиоцен и считается предковой для современных дельфинов. Кентриодоны питались мелкой рыбой и обладали эхолокацией.
Увеличение в размерах
Сравнив черепа нескольких десятков вымерших и современных видов, исследователи пришли к выводу, что, разделившись на несколько групп, киты поначалу росли не слишком активно, и довольно долго даже самые крупные виды не превышали 10 м в длину. Только около 4,5 млн лет назад случился рывок, и усатые киты резко прибавили в размере. Что же тогда произошло? Авторы работы полагают, что все дело в тогдашнем ледниковом периоде: наступающие ледники регулярно подтаивали и уносили в океан много питательных веществ, которые служили кормом мелким ракообразным и прочим небольшим животным.
Усатые киты, как мы упоминали выше, добывают пищу, выцеживая из воды разнообразную животную мелочь. Тут очень важно, чтобы у тебя был большой рот: чем он больше, тем эффективнее ты будешь фильтровать себе еду. Иными словами, питаясь планктоном, лучше быть большим, чем маленьким. В то же время планктон распределен по океану неравномерно — есть зоны, своеобразные планктонные «поля», где его много, и, кроме того, из-за проблем с климатом его теперь в разное время года было то много, то мало.
Китам приходится много плавать с одного «поля» на другое, а делать это лучше, если ты опять же велик телом. Так что можно сказать, что усатые киты стали большими из-за еды — планктоноядные виды, обладавшие более скромными размерами, попросту вымерли, не сумев приспособиться к новому режиму питания.
Еще одним фактором в сторону увеличения для китов послужило вымирание гигантских акул мегалодонов. Считается, что они вымерли около 2,6 млн лет назад. Именно с тех пор известные науке усатые киты окончательно определились со своей пищевой стратегией планктонных фильтраторов и начали быстро увеличиваться в размерах. Скорее всего, полагают исследователи, именно вымирание кархародонов позволило сформироваться хорошо знакомым нам сегодня синим и гренландским китам, а также их многочисленным родственникам.
Доказательства эволюции
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.
Мы проследили эволюцию китообразных от мелких сухопутных зверьков до величественных кашалотов и усатых китов, от крокодилоподобных существ до умнейших дельфинов и косаток.
Дмитрий Новиков, Paleonews.ru
