Главы | Эпоха гигантов

В самом длинном из когда-либо измеренных синих китов было 33,22 м. В самом тяжелом — 136,4 т (больше взлетной массы «Боинга 757»). Когда и почему киты стали такими огромными и причем здесь китовый ус? Совместно с издательством «Альпина нон-фикшн» мы публикуем отрывок из книги Ника Пайенсона «Наблюдая за китами».

Сделайте глубокий вдох. А теперь расслабьтесь. Вы только что разделили кислород с самым крупным животным за всю историю жизни на Земле. За один выдох оно выпускает столб водяного пара, который достигает верха двухэтажного дома[1 ]Leatherwood et al., 1988.. Воздуха, который прошел через его легкие, хватило бы, чтобы заполнить наполовину бетономешалку[2 ]Это значение примерно сопоставимо с оценкой объема легких (2250 л) синих китов, приводимой в статье Christina Lockyer, «Growth and Energy Budgets of Large Baleen Whales from the Southern Hemisphere, ” Food and Agriculture Organization Fisheries Series 3 (1981): 379–487.. Его кровяные клетки проходят через сердце с сосудами диаметром с суповую тарелку и питают тело, снабженное более чем 500 млн км артерий, капилляров и вен. Кровь несет кислород в каждую клетку организма животного — а их 1000 триллионов, — включая нервы, чьи волокна проникают от ствола мозга в самый дальний уголок тела, в том числе в хвостовой плавник[3 ]1000 триллионов — это 1 квадриллион. Остается открытым вопрос, почему у синих и других китов при такой биомассе не наблюдается повышенного уровня заболеваемости раком. Этот вопрос называется парадоксом Пето, подробнее о нем см.: Aleah F. Caulin et al., «Solutions to Peto’s Paradox Revealed by Mathematical Modelling and Cross-Species Cancer Gene Analysis, ” Philosophical Transactions of the Royal Society B 370 (2015): 20140222 и указанные там источники.. Легким движением животное спускается на глубину, куда не проникает солнечный свет, и издает самый мощный звук, издаваемый любым организмом, — низкую ноту, распространяющуюся более чем на 1500 км и отражающуюся от подводных каньонов. Все в этом животном чрезмерно и огромно, как ни измеряй. Конечно же, это синий кит.

Крайности завораживают всех, а идея абсолютного чемпиона по размеру среди живых существ — в особенности. Спросите младшеклассника, какое животное было самым
большим во все времена, и шорт-лист возможных соперников очень быстро сведется к битве двух титанов: синего кита и динозавра-завропода. Это сравнение закреплено в учебниках, обычно со стилизованной картинкой, на которой синий кит с полураскрытой пастью висит над ящером, чьи изогнутые шея и хвост вытянуты в противоположные стороны[4 ]Johan Nicolay Tønnessen and Arne Odd Johnsen, The History of Modern Whaling (Berkeley: University of California Press, 1982).. Иногда рядом для масштаба изображают вереницу африканских слонов или колонну школьных автобусов.

Победитель соревнования, конечно, зависит от того, по какому критерию оцениваются участники. Длина тела самого большого завропода, судя по более-менее полным скелетам, вероятно, чуть превышала 33 м. Это близко к самому длинному из когда-либо измеренных синих китов — самке длиной 33,22 м, убитой в 1926 г. норвежскими китобоями в Южном океане. Но киты — настоящие тяжеловесы. Самые крупные завроподы могли весить максимум 120 т (по более точным оценкам — до 70 т). Для сравнения: самый тяжелый достоверно измеренный синий кит (также из Южного океана) весил 136,4 т — больше взлетной массы «Боинга 757»[5 ]Waldon C. Winston, «The Largest Whale Ever Weighed, ” Natural History Magazine, 1950.. И этот конкретный кит был самкой всего 27 м в длину. Самка кита длиной около 30 м, особенно беременная, весила бы намного больше. Соревноваться в весе с синими китами бессмысленно: это самые тяжелые животные[6 ]В советской научной литературе есть упоминания о том, что максимального веса достигали гренландские киты — до 150 т. См.: Успенский С. М. Живущие во льдах. — М.: Мысль, 1978. — С. 50., которых видела Земля, и так уж совпало, что они живут в одно время с нами.

Для нас самым поразительным в китах может быть их размер, но поражает он не сам по себе. Как поддерживается жизнь в существе такого масштаба? Во многом именно от размера зависит, сколько воздуха нужно киту, как глубоко он может нырнуть, сколько пищи ему нужно съедать и как далеко он может плавать. Но отступим на минуту от этих частных вопросов и спросим себя: как киты вообще стали гигантами? Начало и конец этого процесса мы знаем: когда киты перешли от сухопутной жизни к доминированию в океанах примерно за 50 млн лет, разница в весе между пакицетом и синим китом увеличилась примерно в 10 000 раз[7 ]Philip D. Gingerich, «Paleobiological Perspectives on Mesonychia, Archaeoceti, and the Origin of Whales, ” in The Emergence of Whales (Springer, 1998), pp. 423–49.. Но как именно это произошло? И как это узнать?

Эти вопросы мучили меня много лет. Будучи аспирантом, я стал с ними разбираться и начал с вопроса о том, были ли похожи экологические роли вымерших китов в экосистемах прошлого на те ниши, которые они занимают сегодня, или же эти древние роли давно устарели. А студентом я уже прочитал достаточно много о моржевидных дельфинах, например, и знал, что некоторые представители древних китовых миров не оставили потомков.

Я также посвятил много времени измерению черепов китов, тщательно записывая один и тот же набор измерений для каждого образца, который мне попадался. Я знал, что чем больше данных я соберу, тем полезнее будет информация, которая поможет мне (и другим) предсказать длину любого ископаемого кита, если будет доступен только череп. (Как уже упоминалось ранее, целые скелеты, от носа до хвоста, по сути, никогда не находят, если не считать находки в Серро-Баллене[8 ]Nicholas D. Pyenson and Simon N. Sponberg, «Reconstructing Body Size in Extinct Crown Cetacea (Neoceti) Using Allometry, Phylogenetic Methods and Tests from the Fossil Record, ” Journal of Mammalian Evolution 18 (2011): 269–88.) Со временем я заметил нечто странное в окаменелостях усатых и зубатых китов: ни один из них не был столь же огромен, как хотя бы их средние потомки сегодня.

Я не проверял это предположение. В то время я был поглощен задачей восстановления размера тела кита на основе неполных данных. Но я знал, что что-то здесь неладно. В местонахождении Вади-аль-Хитан в Египте — пожалуй, лучшем месте для изучения жизни китов конца миоцена — главным гигантом был базилозавр. Однако с небольшой головой, короткой грудной клеткой и длинным хвостом длиной он был с современного горбача (то есть среднеразмерного усатого кита длиной около 15 м), а весил, вероятно, в пять-шесть раз меньше. Крупнейшие киты, найденные на холме Шарктус-Хилл в Калифорнии, были еще короче, не более 9 м в длину. Хотя у этих миоценовых китов пропорции были вполне современными, ни один не достигал размера современного горбача. Судя по миллионам осколков костей в местонахождении Шарктус-Хилл, ни один из этих ископаемых китов даже отдаленно не приближался к габаритам современных синих китов.

Я не знал, какие выводы можно сделать из этого общего наблюдения, и раз за разом откладывал этот вопрос, занимаясь более насущными делами. Но вопрос всегда всплывал. Спустя годы, в Смитсоновском институте я натолкнулся на постдока, который наконец смог помочь мне найти ответ. Сейчас профессор Грэм Слэйтер специализируется на анализе эволюционных тенденций в ископаемой летописи. Используя мой рабочий файл с измерениями черепа, мы отметили размеры всех современных и вымерших китов на их генеалогическом древе. Мы рассматривали только усатых китов (и, соответственно, не учитывали зубатых, которые используют в охоте эхолокацию). Наконец-то у нас появилась эволюционная карта того, как менялся размер китов за последние 30 или около того миллионов лет.

Наш анализ показал, что очень большой размер тела появлялся несколько раз у различных линий усатых китов. Чрезвычайный гигантизм у китов — длина тела более 18 м или вес более 90 т — возникал на разных ветвях генеалогического древа у не связанных друг с другом видов[9 ]Graham J. Slater et al., «Independent Evolution of Baleen Whale Gigantism Linked to Plio-Pleistocene Ocean Dynamics, ” Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 284 (2017): 20170546.. Например, синие киты и финвалы — самые длинные, причем современные киты вторые по длине, — на самом деле не очень тесно связаны друг с другом. Как и с гладкими и гренландскими китами, крупнейшие из которых тоже могут сдвинуть стрелку весов к 100 т. Когда выдающийся признак возникает несколько раз на отдаленно связанных ветвях эволюционного древа, это верный знак того, что происходит что-то интересное.

Наша эволюционная картография подтвердила еще один факт, который я представлял себе в общих чертах: по сравнению с геологическим прошлым сегодня в мире нет очень маленьких усатых китов. Многие ископаемые усатые киты, подробно описанные Ремингтоном Келлоггом, в том числе найденные на Шарктус-Хилл, были очень мелкими. У некоторых черепа были такими маленькими, что их можно было удержать в руках. Общая длина этих китов-фильтраторов была примерно с автомобиль — почти такая же, как у загадочного карликового гладкого кита, самого мелкого усатого кита современности. В последние 15 млн лет или около того киты такого размера попадались в окаменелостях довольно часто; наш анализ показал, что они вымерли совсем недавно, некоторые — всего несколько миллионов лет назад[10 ]Robert W. Boessenecker, «Pleistocene Survival of an Archaic Dwarf Baleen Whale (Mysticeti: Cetotheriidae), ” Naturwissenschaft en 100 (2013): 365–71..

Киты прошлого были очень разнообразными, даже если судить только по размерам[11 ]Gene Hunt and Kaustuv Roy, «Climate Change, Body Size Evolution, and Cope’s Rule in Deep-sea Ostracodes, ” Proceedings of the National Academy of Sciences 103, no. 5 (2006): 1347–52; Daniel W. McShea, «Mechanisms of Large-Scale Evolutionary Trends, ” Evolution 48 (1994): 1747–63.. Сегодня мы живем в эпоху гигантов, в одно время с самыми большими из когда-либо существовавших китов, среди которых есть самые большие живые существа в истории жизни на Земле. В летописи окаменелостей нет никого размером с современного синего кита, финвала или другого кита-фильтратора. Тогда на первый план выходят вопросы: что запустило эти изменения? Связано ли это с самими китами или с миром вокруг них? И что мешает китам стать еще больше?

Логично предположить, что ответы будут как-то связаны с китовым усом. В конце концов, усатые — крупнейшие из китов, и у них есть уникальный анатомический аппарат, который выделяет их из всех других млекопитающих, живых или вымерших. Загляните в пасть киту, и вы сразу узнаете, к какой из двух основных групп он принадлежит: если с его нёба свисают ряды пластин, словно сделанных из пластика, это усатый кит. Если нет — зубатый. У всех зубатых китов есть эхолокация, и, несмотря на их название, у некоторых видов нет зубов, так как им на самом деле не нужно жевать или измельчать пищу, прежде чем заглотить или всосать ее[12 ]Alexander J. Werth, «Feeding in Marine Mammals, ” in Feeding: Form, Function and Evolution in Tetrapod Vertebrates (2000), pp. 475–514..

Китовый ус — это мягкая, гибкая структура, состоящая из кератина, как ногти, копыта и волосы[13 ]Alexander J. Werth, «How Do Mysticetes Remove Prey Trapped in Baleen?» Bulletin of the Museum of Comparative Zoology 156 (2001): 189–203; Alexander J. Werth and Jean Potvin, «Baleen Hydrodynamics and Morphology of Cross-Flow Filtration in Balaenid Whale Suspension Feeding, ” PLoS ONE 11 (2016): e0150106.. Ус вырастает из нёба вскоре после рождения кита в виде ряда сотен пластин, которые образуют структуру, похожую на сито. Эти треугольные пластины заключены в ложе из плоти, они пронизаны кровеносными сосудами и нервами и растут слоями, как наши ногти и волосы. Со временем китовый ус от трения о пищу изнашивается по краям; отдельные волокна растопыриваются, как недоваренные спагетти, и переплетаются с волокнами соседних пластин, образуя обращенную внутрь рта сетку. Когда усатый кит закрывает рот, полный воды с рыбой, крилем или другим зоопланктоном, эта сетка китового уса задерживает добычу внутри.

Когда же появился китовый ус и связано ли его появление с гигантизмом китов? Оказывается, у первых усатых китов не было китового уса, зато когда-то у них были зубы[14 ]Thomas A. Deméré et al., «Morphological and Molecular Evidence for a Stepwise Evolutionary Transition from Teeth to Baleen in Mysticete Whales, ” Systematic Biology 57 (2008): 15–37.. В пользу этого утверждения говорят три основных доказательства[15 ]Carlos Peredo et al., «Decoupling Tooth Loss from the Evolution of Baleen in Whales, ” Frontiers in Marine Science 4 (2017): 67.. Во-первых, у плода современного усатого кита есть зубные «почки» — первичные кусочки эмали и дентина, которые поглощаются организмом еще до рождения. Сам ус растет из гребней на поверхности нёба в течение первого года жизни, но генетический механизм для создания зубов — пережиток глубокого прошлого усатых китов, такой же как крошечные задние конечности базилозавра, — запускается еще в утробе.

Во-вторых, усатые киты имеют общее происхождение с зубатыми: две главные ветви генеалогического древа китов разошлись около 35 млн лет назад, примерно во время окончательного исчезновения базилозавра. Первые усатые киты едва ли походили на синего кита, пожалуй, больше на сильно укороченную версию базилозавра с крошечными пилообразными зубами. Пропорции их тела напоминали не угря, а скорее афалину. Но мы знаем, что эти первые зубатые представители линии, которая в конечном итоге породила китов-фильтраторов, более тесно связаны с синими китами, чем с любым дельфином, потому что у них есть общие признаки, в том числе уникальные — похожие на береговую гальку ушные кости.

В-третьих, несмотря на то что ус относится к мягким тканям, иногда он обнаруживается среди окаменелостей. Его сохранение, возможно, связано с уникальной химической средой на морском дне. Есть данные о находках ископаемого китового уса в породах Калифорнии и Перу, хотя их возраст не превышает 15 млн лет — примерно в два раза меньше, чем у самых старых усатых китов.

Сделаем важную оговорку о том, как мы определяем группы китов, когда говорим об усатых китах: поскольку у самых ранних усатых китов не было уса как такового, описывать этих вымерших предшественников с использованием привычного названия становится сложно. Помогает научная номенклатура — mysticetes вместо «усатых китов», odontocetes вместо «зубатых». В какой-то момент у отдельных ветвей, ведущих к нынешним усатым и зубатым китам, появились соответственно фильтрация и эхолокация. Но мы не знаем точно, когда, как и сколько раз это происходило. Взять птиц и динозавров: когда ученые обнаружили динозавров с перьями, стало ясно, что наличие перьев необязательно указывает на птицу. Так что приходится определять организмы отдельно от признаков, которые их диагностируют[16 ]Richard O. Prum and Andrew H. Brush, «Which Came First, the Feather or the Bird?» Scientifi c American 288 (2003): 84–93..

Некоторые ученые предположили, что у ранних усатых китов были и усы, и зубы — зубы снаружи, ус внутри, — но ископаемый первичный ус не нашли ни у одного из видов, от которых можно было бы это ожидать. Другие предположили, что у первых усатых китов появилось промежуточное решение, но ориентированное не снаружи внутрь, как в первом варианте, а спереди назад: передние зубы все еще на месте, а позади них примитивный гребень уса[17 ]Peredo et al., (2017). «Decoupling Tooth Loss…». Еще один возможный переходный вариант, когда нет ни зубов, ни уса, — просто беззубый, заглатывающий воду ранний усатый кит. Большинство этих сценариев основаны на фрагментарных окаменелостях, в них не сохранились самые важные в данном случае мягкие ткани; к тому же никто еще не объяснил, как питался бы кит с зубами снаружи и усом внутри. Из-за отсутствия большего количества окаменелостей с остатками первых пластин китового уса все, что нам остается, — это проверять имеющиеся гипотезы с помощью биомеханических или компьютерных моделей. Пока ученые не найдут способ записывать видео в пасти современных китов-фильтраторов — логистическое препятствие, которое, видимо, нельзя преодолеть, — нам следовало бы получше узнать, как устроена фильтрация у нынешних усатых китов, и только потом переходить к умозаключениям о том, как она могла работать у их ископаемых родственников.

Все хранящиеся в Смитсоновском институте черепа и челюстные кости первых усатых китов из одной геологической эпохи можно разложить на одном длинном столе. Черепа многих из них относятся к периоду, называемому олигоценом, — от 30 до 20 млн лет назад. У них большие глазницы и плоские, похожие на клюв морды с гнездами для зубов. У некоторых до сих пор есть зубы, что заставляет задуматься, как же они питались. Шоколадные и кофейные тона кости контрастируют с серой массой песчаника и сланца, в которую они включены. Эта порода может быть такой твердой, что на извлечение костей уходят годы кропотливой работы с использованием пневматического долота, ванн с кислотой и острых зубоврачебных инструментов.

Многие из этих окаменелых олигоценовых китов найдены на омытых штормами тихоокеанских пляжах северо-запада США и в прилегающих морских скалах. Почти
всю коллекцию окаменелостей Смитсоновского института из этой части света собрали ученые-любители, охотники за ископаемыми[18 ]Douglas Emlong, «A New Archaic Cetacean from the Oligocene of Northwest Oregon, ” Bulletin of the Oregon University Museum of Natural History 3 (1966): 1–51; Clayton E. Ray, «Fossil Marine Mammals of Oregon, ” Systematic Zoology 25 (1976): 420–36.. Зимние штормы окатывают берега тяжелыми волнами, вымывают песок и обнажают валуны, многие из которых хранят в себе куски костей, если вы знаете, куда смотреть. И конечно, как на любой охоте, нужно везение.

Ушные кости этих окаменелых китов олигоцена, оказывается, принадлежат предшественникам современных усатых китов. Если бы не они, то узкие и слегка заостренные зубы этих животных напомнили бы какого-то чудовищного тюленя или морских рептилий мелового периода, современников динозавров. Но это киты — немного уменьшенные версии современных гигантов, перенесенные на десятки миллионов лет назад в геологическое прошлое.

Скелеты их потомков, живущих в нынешних океанах, значительно больше, чем скелеты этих ранних китов. Так что можно сделать вывод: сначала появился китовый ус, и лишь затем, намного позже, огромные размеры. Даже в Серро-Баллене, где можно видеть разнообразных китов, живших от 9 до 7 млн лет назад, ни один скелет усатого кита не превышает 9 м в длину. При этом само по себе появление китового уса не объясняет, почему синие киты и другие киты-фильтраторы стали современными гигантами. Нужно продолжать копать.