Любого, кто лично видел величественных китов или неуклюжих морских слонов, можно простить за то, что он ассоциирует морскую жизнь с неограниченными размерами млекопитающих, но новое исследование показывает, что рост млекопитающих на самом деле более ограничен в воде, чем на суше.
Это открытие, сделанное исследователями из Стэнфорда, противоречит предыдущим теориям, предполагавшим, что давление на размер тела в воде должно быть более ослабленным, возможно, из-за большой окружающей среды и способности животных плавать, а не поддерживать вес своего тела на воде. ноги.
Вместо этого группа обнаружила, что размер водных млекопитающих ограничен в малой части необходимостью сохранять тепло, а в большой части - трудностями получения достаточного количества пищи для выживания. Группа опубликовала свои выводы 26 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences..
«Многие люди рассматривают погружение в воду как больше свободы для млекопитающих, но мы видим, что на самом деле это больше ограничивает», - сказал соавтор Джонатан Пейн, профессор геологических наук в Стэнфордской школе. Земля, энергия и науки об окружающей среде (Stanford Earth). «Дело не в том, что вода позволяет вам быть большим млекопитающим, а в том, что вы должны быть большим млекопитающим в воде - у вас нет других вариантов».
Стать большим, но не слишком
Хотя млекопитающие, живущие в воде, имеют одинаковую продолговатую форму тела, они не являются близкими родственниками. Скорее, тюлени и морские львы тесно связаны с собаками, ламантины имеют общее происхождение со слонами, а киты и дельфины связаны с бегемотами и другими копытными млекопитающими.
Чтобы узнать больше о том, как эти группы наземных млекопитающих приобрели свой характерный обхват, когда они стали водными, исследователи собрали массу тела для 3 859 живых и 2 999 ископаемых видов млекопитающих из существующих наборов данных. Анализ включает около 70 процентов живых видов и 25 процентов вымерших видов. Они проанализировали данные с помощью набора моделей, разработанных в сотрудничестве с Крейгом Макклейном из Морского консорциума университетов Луизианы.
Из этого анализа группа обнаружила, что как только наземные животные погружаются в воду, они очень быстро эволюционируют до своего нового размера, приближаясь к отметке в 1000 фунтов. Меньшие предки, такие как родственники собак, увеличились в размерах больше, чем более крупные предки, такие как бегемоты, чтобы достичь оптимального веса, что позволяет предположить, что чем больше, тем лучше для водной жизни, но только до определенного момента. Группа отмечает, что выдры, которые вышли в воду совсем недавно, не следуют этой тенденции, возможно, потому, что многие виды выдр все еще проводят большую часть своей жизни на суше.
«Ключ в том, чтобы иметь филогенетическое дерево, чтобы понять, как эти виды связаны друг с другом и сколько времени прошло между различными событиями эволюционного ветвления», - сказал ведущий автор Уилл Герти, аспирант Стэнфордского университета. Земля. «Древо родственных связей предков позволяет нам строить модели на основе данных о современных видах, чтобы предсказывать размеры тела предков и видеть, какие эволюционные траектории лучше всего соответствуют тому, что мы видим в наши дни».
Отопление и еда
Группа утверждает, что больший размер помогает водным млекопитающим сохранять тепло в воде, температура которой ниже температуры тела. «Когда вы очень маленькие, вы теряете тепло обратно в воду так быстро, что нет возможности съесть достаточно еды, чтобы не отставать», - сказал Пейн..
Они также предполагают, что метаболизм увеличивается с увеличением размера больше, чем способность животного собирать пищу, устанавливая границу того, насколько большими могут расти водные млекопитающие.«По сути, животные - это машины, которым для работы требуется энергия. Эта потребность в энергии накладывает жесткие ограничения на то, что животные могут делать и насколько большими они могут быть», - сказал Макклейн, соавтор исследования.
«Диапазон жизнеспособных размеров млекопитающих в океане на самом деле меньше, чем диапазон жизнеспособных размеров на суше», - сказал Пейн. «Продемонстрировать это статистически и предоставить теорию, стоящую за этим, - это что-то новое».
Если выдры являются исключением в мелкой части, то усатые киты являются исключением в более крупных размерах. Эти киты тратят гораздо меньше энергии на кормление, чем их зубастые собратья, потому что они фильтруют всю свою пищу, что делает их более эффективными и позволяет им расти больше, чем зубатые киты.
«Кашалот кажется самым большим, которого вы можете получить без новой адаптации», - сказал Герти. «Единственный способ стать таким большим, как усатый кит, - это полностью изменить то, как вы едите».
Исследователи начали работу над исследованием в 2014 году, и в настоящее время они оценивают, насколько хорошо подобные подходы могут быть использованы для объяснения распределения размеров тела у других групп животных, особенно у тех, которые имеют как наземные, так и водные виды.
«Мы надеемся, что есть более простые объяснения, которые можно применить к другим видам, включая наземных животных», - сказал Пейн. «Это открывает некоторую возможность того, что размер тела можно объяснить основными принципами физики и химии».
Payne также является членом Stanford Bio-X и филиалом Stanford Woods Institute for the Environment.