При длине 100 футов и весе более 100 тонн синие киты являются крупнейшими существами, когда-либо существовавшими на планете. Другие киты, такие как косатки, крупнее большинства наземных животных, но бледнеют по сравнению с размерами синих китов. Что отличает эти две весовые категории китов? И что мешает самым большим китам стать еще больше?
«Синие киты и кашалоты не просто большие», - сказал Николас Пайенсон, куратор ископаемых морских млекопитающих в Смитсоновском национальном музее естественной истории. «Они являются одними из самых больших животных, которые когда-либо эволюционировали. Они соперничают с самыми тяжелыми динозаврами, а в некоторых случаях превосходят их. Это довольно впечатляюще. Но почему они не больше?»
Пиенсон сказал, что биологи уже столетие задаются вопросом, что ограничивает размер животных. Поскольку самые крупные живые существа на планете проводят большую часть своего времени под поверхностью океана, где их поведение трудно контролировать, представления о том, что влияет на их размеры и ограничивает их, были в основном спекулятивными. Но теперь международная группа ученых во главе с биологом Стэнфордского университета Джереми Голдбогеном вместе с Пайенсоном собрала данные о сотнях кормящихся китов, что позволило им определить, сколько энергии виды разных размеров тратят на поимку своей добычи и какие из этих видов пожинают плоды. величайшее вознаграждение за их усилия. Их выводы, опубликованные 12 декабря в журнале Science, показывают, что размер тела у всех китов ограничен наличием их добычи, но только фильтрующие киты развили стратегию питания, которая вознаграждает и побуждает их к достижению самого большого тела. размеров, которые когда-либо возникали на Земле.
Чтобы собрать данные для своего исследования, команда из более чем двух десятков ученых искала и помечала китов, морских свиней и дельфинов различных размеров - от 5-футовых морских свиней до гигантских синих китов. Чтобы отслеживать подводную деятельность животных, команда использовала мультисенсорные метки, которые они временно прикрепляли с помощью присосок, доставая из своих лодок длинными шестами, чтобы прикрепить их к спинам животных. Оказавшись на месте, акселерометры, датчики давления, камеры и гидрофоны в этих высокотехнологичных устройствах-метках сообщали о движениях животных, когда они погружались в воду, чтобы поесть. Используя гидролокаторы в окружающих водах и прошлые записи о добыче в желудках китов, ученые также оценили плотность добычи в окрестностях каждого помеченного хищника.
Команда проанализировала данные о более чем 10 000 кормлений в водах от Гренландии до Антарктиды. Они использовали эти данные для расчета энергетических затрат, выгод и общей отдачи от кормодобывания для каждого кита.
«Энергия является ключевой валютой для всей жизни, и мы хотели знать, как прирост энергии соотносится с потреблением энергии китами с разным размером тела и стратегиями кормления», - сказал Голдбоген. «Отношение прироста энергии к потреблению энергии показывает эффективность китов в поисках пищи, и это дает ключ к пониманию того, почему разные киты большие и почему они не больше».
Они обнаружили, что взаимосвязь между размером тела и энергетической отдачей зависела от того, какую стратегию кормления выработал кит в ходе эволюции, - был ли кит фильтрующим питателем, который проглатывает косяки добычи и отцеживает их из океанской воды в рот или, вместо этого, зубастый охотник, который ловит добычу поодиночке.
Синие киты, горбатые и другие фильтрующие киты используют китовый ус - ряды гибких волосовидных пластин во рту - для извлечения криля и другой мелкой добычи из океанской воды. Они ищут плотные участки своей добычи и почти всегда, как показали данные, потребляют больше калорий, чем расходуют во время кормления. Для фильтрующих китов большой размер не является препятствием для поиска пищи: синие киты, финвалы и горбатые киты, самые крупные киты в этом исследовании, добились большей отдачи энергии во время кормления, чем любой другой кит в исследовании..
Зубчатые киты, вместо этого, используют эхолокацию для кормления и ограничены поеданием одной жертвы за раз. Они также должны нырять глубже, чем другие киты, чтобы найти самую крупную и многочисленную добычу, такую как глубоководные кальмары и рыба. Немногие другие теплокровные хищники могут добраться до тех частей океана, где кормятся крупные зубатые киты. Ниже 1000 футов, сказал Пайенсон, «там больше нет ничего, кроме кальмаров, которых вы можете съесть». Но кальмаров нужно преследовать, а это, как показали данные, отнимает много энергии, особенно у самых крупных зубатых китов. В некоторых случаях самые крупные зубатые киты не съедали достаточно пищи во время погружения, чтобы компенсировать энергию, которую они потратили на то, чтобы добраться туда.«Они буквально не могут съесть достаточно, чтобы получить более высокую энергетическую отдачу, прежде чем им придется вернуться на поверхность и дышать», - сказал Пайенсон.
Кашалоты, длина которых может достигать 60 футов, не только больше, чем любой другой из современных зубатых китов, но и больше, чем все их ископаемые предки. По словам Пайенсона, это имеет смысл, потому что, основываясь на относительной эффективности использования энергии, которую команда рассчитала для зубатых китов разного размера, «быть кашалотом сегодня действительно означает серьезное биологическое ограничение». Расчеты команды показывают, что кашалоты не смогли бы найти достаточно крупной добычи из кальмаров, чтобы поддерживать размер своего тела, если бы они были немного больше - в океане просто недостаточно крупных кальмаров, чтобы поддерживать более крупных кашалотов.
Напротив, крупные киты-фильтраторы не ограничены в размерах тела наличием добычи так же, как зубатые киты. Киты-фильтраторы питаются мелкой, но очень многочисленной добычей криля, которая процветает при высокой плотности популяции в течение коротких периодов времени в определенных частях мира. В результате Голдбоген, Пайенсон и их коллеги предполагают, что сезонная доступность их обильной добычи - это то, что в конечном итоге ограничивает размер современных океанских гигантов, питающихся фильтрами, таких как финвалы и голубые киты..
«Крупнейшие виды усатых китов должны пожинать плоды энергии крилевых участков лишь в несколько наиболее продуктивных летних месяцев в высоких широтах», - сказал Голдбоген. «Высокоэффективные стратегии фильтрующего питания означают, что эти киты могут накапливать жировые запасы, которые затем могут обеспечить их миграцию через океанские бассейны к местам размножения в более низких широтах, которые более худые и дают гораздо меньше пищи».
Новое исследование подчеркивает шаткое положение, которое все киты занимают в своих экосистемах. «Вы должны задаться вопросом, насколько опасно это для китов, живущих на острие энергетического ножа», - сказал Пайенсон, - особенно перед лицом изменения климата, чрезмерного вылова рыбы и других угроз для океанов.
Если вы синий кит и ваша единственная добыча - криль, и что-то заставляет популяцию криля сокращаться, то вы находитесь в эволюционном тупике, потому что вы не сможете есть достаточно, чтобы поддерживать себя, - сказал он.«Для нас это хорошая причина попытаться лучше понять эти отношения хищник-жертва».
Эти массивные пропорции и гигантский аппетит, которые им сопутствуют, являются относительно новыми чертами в истории эволюции китов. В 2017 году Пайенсон, Голдбоген и еще один их коллега обнаружили, что предки современных китов сохраняли скромные размеры примерно до 5 миллионов лет назад, когда они эволюционировали, чтобы использовать в своих интересах новые обильные, но неоднородно распределенные источники пищи. Но 100 миллионов лет назад по Земле бродили другие гиганты, и Пайенсон сказал, что размер их тела тоже, вероятно, ограничивался запасами пищи. «Мы не знаем, насколько сильно стадо динозавров-завроподов могло грызть лес в меловой период, но они, вероятно, сделали это», - сказал он.