Почему морские млекопитающие должны быть большими, но не слишком

Дело не в том, что морские млекопитающие могут позволить себе быть большими, а в том, что они должны быть большими √ это помогает удерживать тепло в воде, температура которой ниже температуры их тела.

Фото Pipsimv/pixabay.com.

Как только наземные млекопитающие начинают приспосабливаться к водной среде, у них незамедлительно увеличивается масса тела (в среднем на 450 килограммов).

Фото PublicDomainImages/pixabay.com.

Как известно, большинство морских млекопитающих имеет крупные размеры – взять хотя бы величественных китов или массивных тюленей. Однако новое исследование американских учёных показало, что рост морских жителей (в эволюционном смысле) на самом деле более ограничен, чем рост сухопутных млекопитающих.

Команда из Стэнфордского университета опровергает существующие представления, что животные, обитающие в океане, достигают больших размеров, поскольку им не нужно "носить" тело на своих ногах: в воде они не чувствуют собственного веса.

Однако теперь учёные обнаружили, что на самом деле размер тела любого из таких животных обусловлен потребностью в большом количестве энергии, которая идёт на обогрев в холодной морской воде.

Соавтор исследования профессор Джонатан Пейн (Jonathan Payne) поясняет: многие ошибочно думают, что в подводном мире животным жить легче, но на самом деле такая среда обитания, напротив, становится сдерживающим фактором. Иными словами, у животных просто нет выбора – им необходимо быть крупными, чтобы выжить.

Любопытно и вот что: хотя большинство морских млекопитающих имеет схожую продолговатую форму тела и привыкли жить в схожих условиях, на самом деле их не связывают тесные родственные узы. Так, тюлени и морские львы являются родственниками собак (входят в подотряд псообразные), ламантины – слонов (хоботных), а киты и дельфины имеют общую родословную с бегемотами и другими копытными млекопитающими.

Как же тогда получилось, что морские млекопитающие "разрослись" до больших (относительно своих наземных сородичей) размеров?

Чтобы ответить на этот вопрос, команда проанализировала данные 3859 современных и 2999 вымерших видов морских обитателей и создала набор моделей для распределения данных и отслеживания эволюционных процессов.

В результате учёные обнаружили, что как только наземные млекопитающие начинают приспосабливаться к водной среде, у них незамедлительно увеличивается масса тела (в среднем на 450 килограммов). Если животное изначально было не слишком крупным, то оно "разрастается" в воде сильнее – так произошло с древними псообразными. Ну а если животное изначально могло похвастаться массивными размерами (например, сухопутные предки дельфинов), то ему для достижения оптимального для водной среды веса не пришлось сильно "поправляться".

"Ключом к пониманию того, как эти виды связаны друг с другом и сколько времени прошло между тем или иным эволюционным изменением, является филогенетическое древо. Древо наследственных отношений позволяет нам строить модели, основанные на данных современных видов, чтобы понять, каким был размер тела их предков и какие эволюционные траектории лучше всего соответствуют тому, что мы видим сегодня", — рассказывает ведущий автор работы Уилл Герти (Will Gearty).

По его словам, дело не в том, что морские млекопитающие могут позволить себе быть большими, а в том, что они должны быть большими – это помогает удерживать тепло в воде, температура которой ниже температуры их тела. Если бы животные были меньше, то слишком быстро теряли бы энергию, и им пришлось бы добывать значительно больше пищи, чтобы компенсировать эту потерю.

Как только наземные млекопитающие начинают приспосабливаться к водной среде, у них незамедлительно увеличивается масса тела (в среднем на 450 килограммов).
Как только наземные млекопитающие начинают приспосабливаться к водной среде, у них незамедлительно увеличивается масса тела (в среднем на 450 килограммов).
Фото PublicDomainImages/pixabay.com.

Впрочем, эволюция установила и свои ограничения: исполинские размеры тоже не очень-то выгодны для животных, поскольку с увеличением массы ускоряется и обмен веществ, и, опять же, животным пришлось бы искать больше еды для поддержания жизненных процессов.

Для сравнения: самое миниатюрное морское млекопитающее в тысячу раз превосходит по размерам самое мелкое сухопутное млекопитающее. А разница между самым крупным морским и наземным млекопитающим не настолько велика: первое превосходит второе лишь в 25 раз.

"По сути животные – это машины, которые требуют энергии для работы. Эта потребность устанавливает жёсткие ограничения на то, что животные могут делать и насколько они велики", — поясняет соавтор работы Крейг МакМлейн (Craig McClain) из Университета Луизианы.

"Диапазон "жизнеспособных" размеров для млекопитающих в океане на самом деле меньше, чем у животных на суше. Демонстрация этой теории и её статистические доказательства представлены впервые", — добавляет Пэйн.

Кстати, авторы также указывают на животных, которые являются примером "переходного звена" между наземными и морскими видами. Это выдры, которые "вышли в воду" по меркам эволюции совсем недавно, а многие виды по-прежнему обитают на суше (скорее всего, если этот переход завершится, выдры заметно прибавят в весе).

Ещё одно доказательство верности новой теории – это усатые киты. Представители этого подотряда заметно превосходят в размерах ближайших родственников – зубатых китов. А всё потому, что усатые киты тратят меньше энергии на кормление, поскольку выработали особую систему фильтрации пищи, которая делает охоту более эффективной.

К примеру, синий кит (относящийся к усатым китам) весит свыше 150 тонн, а в длину достигает более 30 метров – это, вероятно, самое крупное существо, когда-либо обитавшее на Земле. И, по словам авторов работы, если животное собирается достигнуть подобных размеров, всё, что ему остаётся, – это изменить механизм охоты, чтобы обеспечивать себя пищей.

Теперь команда собирается применить свои модели для анализа эволюционных процессов, связанных с изменением размера тела, в других группах животных.

Научная статья по итогам исследования представлена в издании PNAS.

Кстати, ранее эволюционные биологи разобрались, как киты умудрились "утереть нос" всем гигантам прошлого.