Наблюдая за китами

2. Млекопитающие, не похожие на прочих

Я никогда не был восторженным фанатом китов. Я не засыпал в обнимку с мягкой игрушкой-китом, в моей комнате не висели постеры с горбачами, словно парящими в толще воды в радужном ореоле. Как многие дети, я последовательно увлекался акулами, египтологией, криптозоологией и, наконец, палеонтологией. Интерес к ней отчасти пробуждал мой шкафчик с разными ископаемыми диковинами. Что-то из них мне подарили, другие я нашел сам: раковины из Калифорнии и кусочки флюорита из Нью-Мексико лежали рядом с трилобитами и окаменелыми отпечатками папоротников, которые я подобрал в семейных поездках в Теннесси и Новую Шотландию (на острове Монреаль хорошие окаменелости найти трудно). Моя коллекция давала возможность сбежать из дома и путешествовать во времени и пространстве, и я жадно глотал книги о динозаврах, мамонтах и китах. Конечно, при молчаливой поддержке родителей – они были преподавателями и хорошо знали это бесцельное детское любопытство.

Однажды я наткнулся на карту ареалов китов. Ведя по ней пальцем, я отслеживал маршрут самого крупного из китов, синего, проплывшего вверх по реке Святого Лаврентия. Эта река протекала совсем неподалеку. Интересно, подумал я, можно ли увидеть синего кита, вдруг всплывшего вблизи нашего дома? Эта мысль часто посещала меня в детстве, но понадобилось два десятилетия, чтобы вернуться к ней с научной точки зрения.

Есть ветви на древе жизни, к которым у нас складывается очень личное отношение. Трудно сказать почему. Мы отыскиваем свои черты в существах, кажущихся нам близкими – надменность кошки, настойчивость черепахи. Но в конце концов становится очевидным, что это иные виды, поскольку смена эпох и эволюция полностью перекроили их по сравнению с нашим общим предком. Эти различия особенно сильно выражены у китов: они кажутся созданиями из другого мира – и одновременно очаровывают и удивляют нас. Киты совмещают несовместимое, и это не укладывается в голове: они млекопитающие, но при этом их облик и существование настолько далеки от нас. Их размер, сила и интеллект поражают воображение, но они безобидны и не представляют угрозы для нас. Живое воплощение инопланетной жизни – близкой, но сложной и непостижимой.

Я не хочу задеть чувства любителей китов и дельфинов, хотя бурные восторги диванных экспертов и вызывают у меня неприязнь. Да, киты и их жизнь – это удивительно, необычайно и достойно эпических описаний. Но их поразительные свойства для меня как ученого являются лишь отправной точкой. Для меня киты – не пункт назначения: с них только начинается путешествие сквозь времена и океаны. Я изучаю китов, потому что они рассказывают мне о недоступных мирах, об опыте, который я не могу ощутить, а еще потому, что строение их тел показывает, как работает эволюция. С помощью кирки, лезвия ножа или рентгеновского снимка я собираю материальные доказательства этой работы – окаменелости, мягкие ткани и кости. Это осязаемый способ зацепиться за вопросы, которые выходят за пределы нашей собственной жизни. История китов уходит на миллионы лет в Глубокое время, и ее важно знать, ведь некоторые особенности миров прошлого, например повышение и понижение уровня Мирового океана и подкисление океанской воды, повторятся в нашем ближайшем будущем. А еще это важно понять, чтобы знать, что будет с китами в эпоху людей.

Киты не пушистые, не глазастые, не виляют хвостом и не трутся носом о детенышей, словом, они совсем не похожи на типичных родственных нам зверей. Прежде всего киты – одни из немногих млекопитающих, которые всю жизнь проводят в воде. Единственный «мех» на их телах – это волоски, которые украшают мордочку при рождении. Хотя у китов есть те же отдельные кости пальцев, что и у нас, их плоские фаланги завернуты в «варежку» плоти и образуют узкие крылья – без копыт и когтей, которые могли бы нарушить безупречную обтекаемость их тела. У нескольких видов еще остались задние конечности, но и они представляют собой жалкие костные остатки глубоко внутри мышц и жировой ткани. Хребет кита заканчивается мясистым хвостом, как у акулы; но в отличие от акул и других рыб, киты плавают, изгибая позвоночник вверх-вниз, а не из стороны в сторону. Короче говоря, они совсем не похожи на белок, обезьян или тигров, но киты точно также дышат воздухом, рожают, воспитывают детенышей и поддерживают друг друга в течение всей жизни.

Окаменелости говорят нам, что у самых ранних китов были выраженные «животные» черты. Например, четыре ноги, ноздри на кончике морды и, может быть, даже мех (об этом палеонтологи еще спорят, поскольку мех редко превращается в окаменелость). У них были острые зубы-ножи, а жили они в лесах возле ручьев, устьев рек, а иногда и у солоноватых вод теплого экваториального побережья. Древнейшие окаменелости этих сухопутных четвероногих протокитов обнаруживают в породах возрастом 40–50 млн лет в горах Пакистана и Индии. В то время Индийский субконтинент еще не столкнулся с Азией и находился посреди моря Тетис, которое со временем превратится в Средиземное, а тогда разделяло Старый Свет в районе экватора.

Судя по скелетам, большинство этих первых китов были размером с крупную домашнюю собаку. Поскольку они жили на суше, вы не найдете уплощенных костей передних конечностей и пальцев, как у современных китов, – напротив, кости их конечностей округлые и тяжелые, а лапы оканчиваются изящными, тонкими фалангами. Их хвост, насколько мы можем судить по имеющимся костям, не заканчивался плавником. Научные названия намекают на их происхождение или характерные особенности. Например, пакицет появился на территории нынешнего Пакистана, когда-то представлявшей собой архипелаг, на островах которого ранние киты резвились в ручьях. Название «амбулоцет» – низкорослый ранний кит, напоминающий крокодила, – переводится как «ходячий кит». Майацет – один из редких ранних китов, от которого сохранился почти полный скелет, – получил название («кит хорошая мать») благодаря костям плода, сохранившимся возле брюшной полости матери. Современные киты рождаются хвостом вперед; положение окаменевшего плода майацета показало, что киты на этом этапе эволюции все еще рождались на суше, головой вперед.

Ни у одного современного кита нет четырех ног, фаланг и остроконечных зубов. Отнести этих древних созданий к китам нам позволяют только мелочи, скрытые в глубине скелета. Для нас это удача, потому что твердые ткани могут сохраняться на протяжении десятков тысяч лет. Одним из наиболее важных признаков является инволюкрум – участок веерообразной поверхности ушной кости, закрученной, как крошечная раковина. У пакицета инволюкрум есть, как и у любой другой ветви семейного древа китов после него. Это один из ключевых признаков наряду с мелкими особенностями строения внутреннего уха и черепной коробки, которые есть только у ранних и современных китов, и больше ни у кого. Другими словами, это признак, который делает их китами, а не кем-то другим. Неясно, дала ли эта особенность пакицету преимущество в виде способности слышать на суше, но более поздние линии древних китов использовали ее, чтобы слышать под водой, благодаря соединению между наружным ухом и челюстными костями. Десятки миллионов лет спустя инволюкрум (и подводный слух) сохранился у современных китообразных – от морских свиней до синих китов.

50 млн лет эволюции китов можно разделить на две основные неравные фазы. Первая связана с переходом китов с суши в море и длится менее 10 млн лет; все самые ранние сухопутные киты относятся к первой фазе, даже самые приспособленные к воде все еще сохраняют задние конечности, которые могли бы выдержать их вес на суше. Ко второй фазе относится все, что произошло после того, как киты полностью приспособились к водной среде, это еще 40 млн лет или около того до сегодняшнего дня. Через обе фазы красной нитью проходит тема вымирания, потому что основная масса китов, которые когда-либо существовали, уже вымерла, как и подавляющее большинство животных на Земле. И хотя сегодня это самая разнообразная группа морских млекопитающих, насчитывающая более 80 видов, летопись ископаемых содержит более 600 видов китов, которых больше нет.

Первая фаза эволюции китов в основном связана с трансформацией: перестройкой и перепрофилированием структур из предкового состояния (первоначально предназначенного для жизни на суше) в новое, подходящее для водной жизни. Трансформация подразумевает начальное состояние, а некоторые эволюционные точки отсчета трудно выделить. Например, слух, зрение, обоняние и вкус – все это чувства, которые развивались почти 300 млн лет на суше, прежде чем первые предки китов ушли в море. Нам удобно считать преобразование передних лап в ласты шагом назад, но это ошибка: получая ласты, киты вовсе не «отменяют» 300 млн лет наземных преобразований. Они, например, не вернули себе жабры. На самом деле все гораздо интереснее. Киты работали с тем, что было у их наземных предков, они изменяли многие анатомические и физиологические структуры и находили им новое применение вместо того, чтобы начинать с нуля.

Вторая фаза, начавшаяся после того, как киты вернулись в воду, включает всех китообразных, вынужденных проводить жизнь исключительно в водной среде, и все последствия этого ограничения. Можно сказать, что ее внутреннее содержание – преодоление ограничений. Эволюционными новшествами становится возникновение таких структур, как, например, китовый ус. Он не только дает преимущество тем, кто обладает им, но и выводит их потомков на новый уровень адаптации. В ходе второй фазы эволюции появились фильтрация пищи и эхолокация, которые способствовали диверсификации современных китов. Во времени эта фаза простирается от эпохи первых водных китов, обитавших около 40 млн лет назад, и до наших дней, включая всех современных китообразных вместе с сотнями вымерших форм.

За последние 250 млн лет немало позвоночных переселились с суши в море. Первая волна случилась еще во времена динозавров – от 250 до 66 млн лет назад, когда океанские экосистемы заполонили рептилии. После массового вымирания в конце мелового периода в океанах стали доминировать млекопитающие, от китов до морских выдр, хотя пингвины и морские игуаны Галапагосских островов тоже заселили океаны относительно недавно. Все сегодняшние морские млекопитающие отдаленно связаны друг с другом, будь то кит, морская выдра (калан), тюлень, морская корова или белый медведь (да, строго говоря, белые медведи – тоже морские животные).

Полнота летописи окаменелостей ранних китов – пакицета, амбулоцета, майацета и им подобных – не имеет аналогов. У нас нет такого ряда окаменелостей, показывающих анатомические изменения других млекопитающих или рептилий при переходе их с суши в воду. Все киты когда-то обитали на суше, а затем перешли к жизни в море – частично или полностью.

Тем не менее доказательства происхождения китов были обнаружены совсем недавно. Еще лет 40 назад мы не знали, как на самом деле выглядели задние конечности ранних китов в первой эволюционной фазе. Открытие пакицета в 1981 г. дало нам в основном кости от шеи и выше – палеонтологи обнаружили крошечную W-образную кость черепа, где размещался в том числе инволюкрум. Смотреть было особенно не на что, но палеонтологи собрали черепную коробку пакицета, хрупкую, как амфора, но в остальном по сути такую же, как у любого наземного млекопитающего. Череп нашли в речных отложениях и пришли к выводу, что самые ранние киты проводили часть жизни на суше. Однако, не располагая другими частями скелета, ученым оставалось только гадать, как эти киты выглядели от шеи книзу.

В 1994 г. открытие амбулоцета прояснило картину, показав, что у самых ранних китов имелись передние и задние конечности, способные удерживать вес, а пальцы были разделены, хотя между ними, возможно, была перепонка. Относительно крупные задние лапы амбулоцета навели на мысль о его стиле плавания: вероятно, он единым движением сгибал позвоночник вместе с задними лапами. С точки зрения механики это нечто среднее между греблей руками и ногами (то есть использования сопротивления воды) и применением гидродинамической поверхности плавника, как это делают современные киты своим хвостом (используя подъемную силу вместо силы сопротивления). Наш таз жестко связан с позвоночником, а у майацета он был соединен лишь частично, что позволяло позвоночнику более гибко извиваться вверх-вниз. Форма всего лишь нескольких хвостовых позвонков может многое рассказать о том, как передвигается животное – так, у амбулоцета и родственников другого раннего кита ремингтоноцета хвостовые позвонки больше в длину, чем в высоту, значит, у этих китов были длинные утолщенные хвосты, хотя нам все еще не хватает скелетного материала, чтобы понять, в каком направлении эти могучие хвосты могли двигаться

Подробная книга с такими картами: Brent Seewart at al., National Audubon Society Guide to Marine Mammals of the World (New York: Knopf, 2002). Даже если просто бегло пролистать ее, будет видно, как мало мы знаем о китах.

Люди не являются добычей китов; мы неинтересны им как пища, хотя косатки в неволе не раз убивали людей, и конечно, люди гибли во время охоты на китов, особенно до конца XIX в. См: Carl Safina, Beyond Words: What Animals Think and Feel (New York: Henry Holt and Co., 2015).

Глубокое время – концепция, появившаяся в геологии в начале XIX в. Полезной отправной точкой может быть книга Martin J. S. Rudwick, Earth's Deep History: How It Was Discovered and Why It Matters (Chicago: University of Chicago Press, 2014).

James Zachos et al., "Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present," Science 292 (2001): 686–93; and Bärbel Hönisch et al., "The Geological Record of Ocean Acidification," Science 335 (2012): 1058–63.

У усатых китов волоски, аналогичные вибриссам наземных млекопитающих, сохраняются всю жизнь – от 30 до 100 у горбатых китов и около 300 у гренландского, самого «волосатого» из китов. Эти волоски – органы осязания. – Прим. науч. ред.

Большая часть данных о ранней эволюции китов запечатлена в окаменелостях. Описания видов взяты из массива первичной литературы, ссылки на которую можно найти в следующих обзорах: Philip D. Gingerich, "Evolution of Whales from Land to Sea: Fossils and a Synthesis," in Great Transformations: Essays in Honor of Farish A. Jenkins, ed. K. P. Dial, N. H. Shubin, and E. Brainerd (Chicago: University of Chicago Press, 2015), pp. 239–56; and J. G. M. Thewissen, The Walking Whales: from Land to Water in Eight Million Years (Berkeley: University of California Press, 2014).

Philip D. Gingerich et al., "Origin of Whales in Epicontinental Remnant Seas: New Evidence from the Early Eocene of Pakistan," Science 220 (1983): 403–6.

J. G. M. Thewissen et al., "Fossil Evidence for the Origin of Aquatic Locomotion in Archaeocete Whales," Science 263 (1994): 210–11.

Philip D. Gingerich et al., "New Protocetid Whale from the Middle Eocene of Pakistan: Birth on Land, Precocial Development, and Sexual Dimorphism," PLoS ONE 4 (2009): e4366.

Подробнее об анатомии уха у китов см.: Zhe-Xi Luo and Philip D. Gingerich, "Terrestrial Mesonychia to Aquatic Cetacea: Transformation of the Basicranium and Evolution of Hearing in Whales," University of Michigan Papers on Paleontology, 31 (1999): 1–98; and J. G. M. Thewissen and Sirpa Nummela, Sensory Evolution on the Threshold: Adaptations in Secondarily Aquatic Vertebrates (Berkeley: University of California Press, 2008).

Возраст древнейших известных нам видов ископаемых китов составляет почти 53 млн лет, но 50 млн лет – достаточно близкая цифра для обсуждения. Более точные данные см.: Nicholas D. Pyenson, "The Ecological Rise of Whales Chronicled by the Fossil Record," Current Biology 27 (2017): R558–R564.

Палеонтолог Джордж Гэйлорд Симпсон, во многом определивший в середине ХХ в. облик современной биологии, однозначно заявлял об этой идее как об адаптивной зоне: например, пингвины в ходе эволюции перешли в новую адаптивную зону, когда стали плавать под водой, загребая передними конечностями, чего до них не делала ни одна линия птиц. То, что биологи до сих пор используют терминологию, выработанную десятилетия назад, говорит о ее долговечности. См.: George G. Simpson, Tempo and Mode in Evolution (New York: Columbia University Press, 1944); and Dolph Schluter, The Ecology of Adaptive Radiation (Oxford, UK: Oxford University Press, 2000).

Морские млекопитающие и морские рептилии представляют собой отдельные ветви на семейном древе позвоночных с четырьмя конечностями (тетрапод). Полный обзор их многочисленных вторжений в океаны см.: Neil P. Kelley and Nicholas D. Pyenson, "Evolutionary Innovation and Ecology in Marine Tetrapods from the Triassic to the Anthropocene," Science 301 (2015): aaa3716.

Все морские млекопитающие – представители разных ветвей эволюции млекопитающих, которые разошлись не менее 60 млн лет назад. Каланы, ушастые и обыкновенные (безухие) тюлени и медведи – представители подотряда псовообразных отряда хищных млекопитающих, морская корова была истреблена охотниками в XIX в. и относится к отряду сирен, в который входят дюгони и ламантины. Сирены родственны слонам. Киты – представители клады китопарнокопытных. – Прим. науч. ред.

Ламантины, дюгони и морские коровы относятся к группе травоядных морских млекопитающих под названием сиреновые. Их четвероногие сухопутные предки жили на Карибах около 50 млн лет назад. Ранняя эволюция сиреновых показывает много параллелей с этапами ранней эволюции китообразных, включая утрату задних конечностей. См.: Daryl P. Domning, "Sirenian Evolution," in Encyclopedia of Marine Mammals, 3rd ed. (Cambridge, MA: 2017), pp. 856–59. Для общего обзора многочисленных переходов млекопитающих в море см.: Annalisa Berta, The Rise of Marine Mammals: 50 Million Years of Evolution (Baltimore: Johns Hopkins University Press, 2017).

Philip D. Gingerich, "Evolution of Whales from Land to Sea," Proceedings of the American Philosophical Society 156 (2012): 309–23.

Описание открытия амбулоцета см.: J. G. M. Thewissen, The Walking Whales: From Land to Water in Eight Million Years (Berkeley: University of California Press, 2014).

Основополагающей статьей по переходным этапам способа передвижения ранних китов, является работа J. G. M. Thewissen and F. E. Fish, "Locomotor Evolution in the Earliest Cetaceans: Functional Model, Modern Analogues, and Paleontological Evidence," Paleobiology 23 (1997): 482–90.

Philip D. Gingerich, "Evolution of Whales from Land to Sea," Proceedings of the American Philosophical Society 156 (2012): 309–23.