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».
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.