Предполагают, что киты, дельфины и морские свиньи произошли от группы наземных млекопитающих, называющихся мезонихиды. Эти странные существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям. Они жили приблизительно 60 миллионов лет назад вокруг древнего моря Тетис, там, где теперь Средиземное море и часть Азиатского субконтинента. Мезонихиды, вероятно, охотились на рыбу и других водных животных в прибрежных болотах и эстуариях. Поскольку они проводили все больше времени в воде, их тела начали изменяться. Они стали более обтекаемыми, и у них развились мощные, сглаженные хвосты. Их передние конечности постепенно превращались в плавники, а задние деградировали. Появился толстый слой подкожного жира, а волосяной покров начал исчезать. Для облегчения дыхания с поверхности воды ноздри у них переместились наверх головы и постепенно превратились в дыхала.
От далеких предков зародились три подотряда китообразных, объединяющих 127 вымерших и 38 ныне живущих родов: древние киты (археоцеты), усатые киты (мистакоцеты) и зубатые киты (одоноцеты). Современные два подотряда резко различаются между собой как по внешнему и внутреннему строению, так и по биологии.
Древнейшее семейство усатых китов (Cetoteriidae), включавшее не менее 20 видов, жило в олигоцене. От него ответвились три современные семейства - серые киты (Eschrichtiidae), гладкие киты (Balaenidae) и полосатиковые (Balaenopteridae).
Из зубатых китов наиболее древняя группа - сквалодонты (Squalodontidae). У них череп был симметричный, носовые отверстия открывались на конце рыла, а зубы сохраняли примитивные черты строения. От сквалодонтов в олигоцене и миоцене отделились 4 ныне живущих семейства: кашалоты, клюворылые, речные дельфины и морские дельфины с тремя подсемействами (дельфиновые, белуховые и морские свиньи).
Чтобы развились столь глубокие и разносторонние приспособления к водному образу жизни, потребовалась длительная эволюция отряда - с начала третичного периода. Остатки таза, задних конечностей и одиночные волоски на морде давно дали повод искать прародителей китов среди четвероногих наземных млекопитающих.
Цитогенетически, по хромосомному составу, включающему 42-44 хромосомы, китообразные более однородны, чем другие отряды млекопитающих, связанных с водной средой. Это дает основание считать, что ныне живущие подотряды китообразных генетически близки и произошли от одного и того же корня.
Кто же из млекопитающих был их предком? Наука еще не сказала окончательного слова по этому вопросу: слишком мало собрано ископаемых остатков. Возможно, это были примитивные креодонтные хищники, может быть, копытные, но более всего вероятно - древние насекомоядные, от которых ответвились и китообразные, и хищные, и копытные. Каждая из этих концепций имеет свои аргументы. Одни ученые считают предками китообразных копытных, так как у тех и других многокамерный желудок, многодольчатые почки, двурогая матка, сходен химический состав крови и имеются общие черты в строении половой системы (плацента, устройство и положение пениса, а также кратковременность копуляции), в структуре молекулы инсулина и миоглобина и в показателях реакции осаждения белков крови.
Другие исследователи ищут предков китообразных среди креодонтных хищников, руководствуясь строением черепа и особенностями зубной системы. Примитивные китообразные имели гетеродонтные (различные по форме) зубы, сагиттальные и затылочные гребни и скуловые отростки черепа, в какой-то мере сходные с таковыми креодонтных хищников (гиенодонты).
На основании анализа ископаемых остатков современные палеонтологи больше склоняются к мнению, что древние китообразные были связаны с очень ранними плацентарными, то есть древнейшими насекомоядными, и, вероятно, зародились в позднемеловое время еще до ответвления от них отрядов копытных и хищных.
70 млн. лет назад наземные предки китообразных переселились в воду. В новой среде за долгую эволюцию в корне менялось их строение и образ жизни. Можно выделить следующие наиболее важные изменения, которые в итоге позволили им распространиться по всему Мировому океану:
- Высокоразвитый головной мозг и мощная кора больших полушарий, ставшая тончайшим инструментом приспособительной деятельности и сложных поведенческих реакций в новой среде.
- Совершенная эхолокация как главный способ пространственной ориентации в водной толще.
- Комплекс морфофизиологических адаптаций, обеспечивший создание резервов кислорода, необходимых для продолжительного и глубинного погружения китообразных.
- Комплекс преобразований в органах дыхания.
- Прогрессивное развитие лактации и повышение энергетической ценности молока.
- Перестройка органов питания.
- Преобразование в органах передвижения.
Некоторые исследователи, обнаружив существенные различия у Odontoceti и Mysliceti, считали возможным утверждать, что данные группы происходят от совершенно разных предков и внешнее сходство между ними надо объяснять конвергенцией. B то же время другие ученые, исходя из многочисленных признаков сходства в строении представителей этих групп, отстаивают точку зрения о монофилитическом происхождении (а следовательно, о параллельном, а не о конвергентном характере развития) усатых и зубатых китов.
Китообразные (морские свиньи, киты и дельфины), как бы странно это не казалось, произошли от сухопутных предков. На это указывает множество признаков, самыми вескими из которых являются физические особенности строения тела китообразных. Среди таких можно отметить кости плавников, которые схожи по строению с костями конечностей наземных млекопитающих. Большинство обитателей моря хладнокровны, в то время как китообразные относятся к разряду млекопитающих и способны самостоятельно поддерживать температуру тела. Также, большинство рыб, во время движения, изгибают хвостовой плавник горизонтально, в то время как для китообразных, также как и для наземных млекопитающих, характерны изгибание позвоночника и движение хвоста в вертикальной плоскости (снизу вверх). И, конечно же, самым ярким сходством и весомым доказательством является дыхание при помощи легких атмосферным воздухом.
Долгое время ученые не могли объяснить, каким образом наземные животные эволюционировали в морских, так как не было найдено никаких останков (ископаемых) переходных видов. Но, в 1992 году был открыт пакицет – хищное животное, жившее около 48 миллионов лет назад, приспособившееся к поиску пищи в воде. Именно это открытие дало возможность заполнить пробелы в эволюции китообразных и нарисовать более полную картину их перехода к водному образу жизни.
На сегодняшний день большинство ученых сходится на том, что китообразные произошли от парнокопытных животных, которые перешли к полуводному образу жизни около 50 миллионов лет назад. Далее теория о происхождении дельфинов, китов и морских свиней несколько расходится.
По одной из версий, китообразные эволюционировали от группы млекопитающих, называющейся «мезонихии». Существа, которые относятся к этой группе, внешне похожи на собак с более крупной и вытянутой головой, питаются рыбой, но при этом у них есть копыта, как оленей или коров. Место обитания животных – вокруг моря Тетис (теперь часть Азиатского субконтинента и Средиземное море), охотились в прибрежных болотах, а также в эстуариях. Вследствие длительного пребывания в воде их тело начало изменятся – появились сглаженные мощные хвосты, тело стало более обтекаемым, начал исчезать волосяной покров, под кожей появился толстый слой жира, передние конечности со временем превратились в плавники, а задние полностью деградировали. Для облегчения дыхания во время охоты ноздри переместились выше и превратились в дыхала.
Более новые данные базируются на молекулярно-генетических исследованиях и свидетельствуют о том, что «родственниками» китообразных являются современные бегемоты (гиппопотамы, отряд парнокопытных). Эти животные до сих пор ведут полуводный образ жизни и проводят большинство времени в воде, а на сушу выходят только на несколько часов для кормежки. Предполагается, что семейство Бегемотовых – одно из ответвлений в ходе эволюции китообразных. Некоторые ученые даже предлагают объединить парнокопытных и китообразных, а также признать существующим монофилетический таксон, который включает две эти группы и дать ему название Cetartiodactyla.
Самые новые исследования показывают, что китообразные не являются прямыми потомками мезонихид. Согласно последним открытиям сначала парнокопытные отделились от общих с мезонихидами предков и только тогда эволюционировали в китообразных. Другими словами, прото-китообразные – это ранние формы парнокопытных, сохранившие некоторые из характерных признаков мезонихид, которые были утрачены самими парнокопытными в ходе эволюции.
Другие гипотезы
Дельфин - Человек Моря
Прежде чем начать рассуждать на эту интересную тему, я рекомендую вам просмотреть это небольшое видео.
Не правда ли на этих кадрах заметно как дружелюбно общается дельфин с людьми. Такое впечатление, что он общается с себе подобными, с братьями по крови. Снял его американский физиолог Джон Лилли (John Lilly),
написавший о общении человека и дельфина книгу "Человек и дельфин" . Книга эта интересная без всяких ненужных умствований, советую почитать. Он и целый ряд учёных и писателей Алистер Харди (Alister Hardy),
Элен Морган (Ellen Morgan
)
,
легендарный Жак Ив Кусто, мечтавший о подводных поселениях будущего, его сподвижник рекордсмен- подводник Жак - Майоль, написавший замечательную книгу "Человек - дельфин" считают дельфина не больше не меньше, как Человеком - Моря.
Интервью Элен Морган, написавшую книгу "Происхождение женщины" и отстаивающую водную гипотезу поисхождения человека вы можете посмотреть . Несмотря на свой преклонный возраст известная феминистка, довольно живо, я бы даже сказал яростно, отстаивает эту теорию. Согласно ей, не только человек, утративший в ходе своей эволюции волосяной покров, но и другие наземные безволосые млекопитающие носорог, слон имели в далёком, далёком прошлом предка, жившего в водной среде.
А причём здесь человек можете спросить Вы?????
А при том, что согласно гипотезе Харди около 10- 12 миллионов лет назад, когда засуха охватила тропическую зону, часть крупных приматов в условиях, когда площадь лесов стремительно сокращалась словно шагреневая кожа, вынуждена была искать новую зону обитания. Ей оказалось побережье моря.
Начав как и хабилисы с собирательства даров моря: моллюсков, рыбы, водорослей эти обезьяны в связи с ростом их популяций, а значит дефицитом пищи стали бродить по мелководью, затем заходить в воду всё дальше от берега.
Здесь гипотеза Харди в точности совпадает с наяпитековой гипотезой Леонарда Ибраева. Но если наяпитеки Ибраева в ходе дальнейшей эволюции вновь вернулись на землю, то приматы Харди в ходе своей эволюции уходили всё дальше и дальше в море, обретая простор и свободу.
В этой гипотезе несмотря на её кажущуюся фантастичность, есть рациональное научное зерно. Именно так и поступили хищные копытные в начале эоцена, от которых и произошли все современные киты.
Какие же признаки позволяют этим исследователям причислить дельфина к Человеку Моря??????
Прежде всего какое- то загадочное и романтическое отношение дельфинов к людям. Как пишет в своей книге "В мире китов и дельфинов" доктор биологических наук А.Г. Томилин: "Дельфины с давних пор снискали себе симпатии человека, оказывая ему услуги в рыбной ловле и спасая утопающих. Древнеримский учёный Плиний Старший, погибший в 79 году новой эры во время извержения Везувия описал, как на Средиземном море дельфины способствовали успешному промыслу, мешая косякам кефали выходить из мелководного залива Латера. Рыбаки никогда не обижали своих помошников и после удачного лова вознаграждали их частью добычи.
О ночном рыболовстве с помощью дельфинов на острове Эвбея (Греция) поведал миру ещё во
II
веке римский писатель и ритор Элиан Клавдий в своём 17- томном произведении "О природе животных". В тихую погоду рыбаки выходили на лов и в темноте зажигали огни. Освещённую рыбу, блокированную между лодками и дельфинами, легко поражали острогой"
А вот ещё более удивительный случай общения человека и дельфина, о котором пишет Томилин: "Мальчик Дионисий из древнегреческого города Ясос близ Милета подружился с дельфином, который возил его на себе в присутствии толпы, собиравшейся на берегу. Наиболее продолжительная дружба с дельфином была у подростка из посёлка Байнаум, расположенного на берегу лагуны Лукрина (ныне Пеццуоли близ Везувия): животное регулярно, на протяжении нескольких лет перевозило мальчика через лагуну, сообщавшуюся с морем, в школу и обратно домой. По зову школьника - "Сима, Сима! - дельфин подплывал к нему и брал пищу из рук. Когда мальчик заболел и умер, дельфин ещё долгое время продолжал приплывать на место их бывших встреч".
Дельфины спасают и людей, вот как пишет об этом Томилин: "В 1943 году жена адвоката купалась близ Флоридского пляжа и попала на глубокое место. Теряя сознание, она почувствовала, как её кто- то сильно толкнул. Оказавшись на берегу, она хотела поблагодарить спасителя, но вблизи лишь нырял дельфин. Подбежавший очевидец рассказал женщине, что её вытолкнуло из воды животное"
А чудесная способность дельфинов лечить людей?????
Эта фотография взята с сайта Клуба любителей бега "Виктория" , там же рассказывается и о лечении дельфинами таких тяжёлых и страшных болезней как ДЦП (Детский церебральный паралич), аутизм и даже эпилепсии. Вот что рассказывает о дельфинотерапии одна молодая мама: "
У меня с ребёнком двухлетний опыт дельфинотерапии в одесском дельфинарии «Немо», - рассказала первая мама. - Изменения произошли в эмоциональной сфере. У ребёнка диагноз «аутизм». Попробовать решили сами, но врачи скептически отнеслись к идее. Искала информацию, изучала вопрос, смотрела видео. На первом же занятии ребёнок гладил дельфинов, играл в колечки- мячики и другие элементарные игры.
Дельфинов было четыре, они толкались и пинались, чтобы отвоевать место около ребёнка. Старались вести себя прилично, чтобы не пугать, хотя было видно, что охота попрыгать и побрызгаться. Ребёнок каждого занятия ждал с нетерпением. Другом был дельфинёнок Немо. Он баловался и дурил, как любой маленький ребёнок, совершенно по- человечьи. Доставал взрослых, мешал выполнять задачи, подбивал ребёнка на шалости, требовал «сладкого» (рыбок)
"
.
Все эти факты заставляют пересмотреть нас отношение к дельфинам, считать его уже не братом нашим меньшим, а возможным братом по крови.
Какие же ещё факты говорят в пользу этой гипотезы?????
Анотомические
И безусловно
это млечные железы.
У дельфинов как и у человека есть млечные железы. И они также как и мы кормят своих детёнышей молоком.
Для этого они всплывают на поверхность
воды.
Рудименты пятипалых конечностей, которые прослеживаются в их скелете.
К крупному дельфиньему мозгу, его объём достигает 1700 см.куб как признаку сближающему дельфина и человека, я отношусь скептически. Как известно дельфины обладают эхолокацией, способность "видеть ушами". Но видят они конечно не ушами, а особыми образованиями, расположенными в головном мозге. Очень упрощённо и схематично процесс эхолокации выглядит так. Дельфин издаёт различные звуки - скрипы, попискивания и т.д эти звуки отражаются от предмета и возвращаются обратно к дельфину. Анализируя их, дельфин определяет живой это объект или нет, величину объекта.
Приведу несколько выдержек из книги Томилина. "Профессор Флоридского университета Уинтроп Келлог с сотрудниками в морской лаборатории близ гавани Аллигатор несколько лет изучал эхолокацию афалин. Опыты он проводил над двумя обученными дельфинами Альбертом и Бетти в бассейне площадью 350м.кв и глубиной до 2м. Илистое дно и стенки бассейна хорошо поглощали звуки, не давая эха. Дельфины, плавая, взмучивали воду так, что видимость во время опыта не превышала 35- 85см. Чтобы дельфины не могли видеть действий человека ни в воде, ни в воздухе, эксперименты проводились ночью. Звуки записывали специальной аппаратурой. Предметы погружали в воду за фанерным экраном. (Фанера хорошо пропускает звук. С. Яз - Конд). Если в водоёме было спокойно, дельфины лишь изредка издавали скрипы. При холостом шуме (например, когда капали жидкость на поверхность воды) животные издавали короткий скрип и замолкали. Если в воду бросали погружающийся несъедобный предмет, то вслед за первым издавалось ещё несколько скрипов с промежутками в 1- 2 сек. Но когда кидали рыбу, следовал целый залп скрипов, частота импульсов возрастала до нескольких сотен в секунду, и дельфин безошибочно направлялся к цели. При этом он покачивал головой из стороны в сторону на 10 град, как бы прицеливаясь на объект посредством отражённого звука, и увеличивал частоту излучаемых щелчков по мере приближения к рыбе.
Темнота не мешала ему различать рыбу по размерам и вкусу:-). Крупной кефали (30см) Альберт и Бетти явно предпочитали вдвое меньше пятнистого горбыля":-)
В последующих опытах в Калифорнийском океанариуме эксперементаторы стали "ослеплять" подопытных дельфинов, надевая им наглазники, и обучили их принимать пищу по сигналу. Оказалось, что дельфины с выключенным зрением могут свободно плавать в лабиринте из подвешенных металлических стержней, не касаясь их, и точно различать заграждения из тонкой проволоки и нейлоновых нитей. Такие способности помогают дельфинам отличать различные виды корма (рыб, моллюсков, рачков) и выбирать предпочитаемую пищу в условиях любой освещённой среды, безопасно плавать в щелях между выступами дна".
Естественно, такие сложноорганизованные действия требуют крупного мозга. Но как я писал ранее , размер мозга не является чисто человеческим признаком. У неандертальцев он значительно больше, чем у современного человека и достигает порядка 1600 - 1700 см.куб.
Дельфинам свойственна и любовь. Вот как пишет об этом Томилин: "В декабре 1974 года нам пришлось быть свидетелями гибели одного отверженного самца, смерть которого, как показало вскрытие, наступила от кровоизлияния в мозг в результате стрессового состояния. Самец был отловлен у берегов Анапы за полгода до своей гибели. До тех пор пока он не проявлял интереса к самкам, он мирно уживался с другими дельфинами то в большом бассейне Батумского дельфинария, то в малом танке (для тюленей) . Однако в ноябре, когда начались брачные игры, между крупными самцами возникли конфликты, и отношение Персея к более слабому сопернику стало невыносимым. Последний отделился от группы, резко снизил активность, полностью утратил аппетит. Всё закончилось инсультом в левое полушарие мозга. На правой стороне трупа было насчитано 44 и на левой 32 сильнейших покуса. В каждом покусе было до десяти глубоких параллельных борозд- ран от зубов могучего конкурента"
Страдание и смерть от любви как это по человечески.
Дельфинам свойственна и примитивная рассудочная деятельность, так Томилин пишет: "...самка афалины Элджи извлекала головоногих моллюсков, которые прятались в трещинах и пещерках на дне бассейна: она стремительно проплывала над этим местом и создавала хвостом такие вихри, что моллюска выбрасывала в незащищённую зону.
Биологи США Давид Браун и Кеннет Норрис в Калифорнийском океанариуме были свидетелями того, как две афалины тщетно пытались вытащить мурену, спрятавшуюся в небольшой расселине скалистого дна танка. Вскоре один из дельфинов, отплыв в сторону, убил недавно впущенного в бассейн морского ерша - скорпену, обладающего ядовитыми колючками, вернулся с этой рыбой и сунул её в убежище мурены. Уколотая мурена выплыла из расщелины и была поймана афалиной"
Значит дельфины разумны????? Томилин к этому факту относится скептически и пишет: "Очевидно, у афалины имеются проблески сознания и элементы рассудочной деятельности, так же как и у других видов млекопитающих и птиц". Но - добавляет он: "Несмотря на свой гигантский мозг и зачатки рассудочной деятельности, дельфины совершают и явно неразумные поступки. Они зачастую не могут решать, казалось бы, весьма простые задачи. Например, в океанариумах дельфины гибнут от заглатывания посторонних предметов - кусочков стекла, резины, верёвок, тряпок".
А человек обладая большим мозгом и рассудочной деятельностью разве он не совершает глупых поступков, не заглатывает различных предметов?????? Не помню где, но я читал, что из желудка одной женщины извлекли несколько ложек и одну вилку. Из желудка другого представителя
Homo sapiens sapiens
извлекли хрустальную рюмку и несколько драгоценных монет. Разве их действия разумны?????
Томилин пишет: "Особенно странно дельфины ведут себя при отлове. Обладая стремительным ходом и великолепным локатором, они позволяют ловцам окружать и загонять себя в сети, а иногда и на берег. На Фарерских островах местные жители без всяких снастей выгоняют на мель стада гринд в сотни голов, а туземцы острова Малаита - малайских продельфинов". А как ведёт себя человек поддавшись панике, а именно в этом состоянии и находятся несчастные дельфины, когда их с визгом, лязгом, улюлюканьем гонят к берегу или в сети, например на пожаре??????? Согласно данным пожарной статистики 70% людей гибнет не от прямого воздействия пожара - ожогов, а от совсем посторонних вещей - удушья, переломов различных конечностей. Поддавшись панике, обезумевшие люди совершают совсем неразумные поступки и в данном случае ведут себя как дельфины, которых ловят туземцы.
И всё же разумны ли дельфины????
Лилли в своей книге пишет: "Дельфины - общественные животные, оказывающие помощь друг другу. Весь накопленный опыт передаётся у дельфинов примерно так же как передавались знания у примитивных человеческих племён, - через длинные народные сказания и легенды, передаваемые изустно от одного поколения другому, которое в свою очередь запоминало их и передавало дальше". Но именно так и передавали информацию друг другу неандертальцы (Homo neanderthalensis)
из поколения в поколение от деда к отцу от отца к сыну.
А орудийная деятельность????? Она им просто не нужна. Зато - пишет Лилли - их образ жизни возможно подобен жизни степных кочевников, как кочевники перегоняют свои стада с место на место, так и дельфины пасут и перегоняют свои стада. А это уже чисто человеческий образ жизни.
"Чему мы можем научить дельфинов??? - вопрошает Жак Майоль в своей книге "Человек - дельфин"
-
Что было бы им полезно?? Носить шляпу - котелок, как они это делают в комических спектаклях в больших океанариумах и зоопарках??? Читать???? Зачем им такая элементарная система общения, если они общаются телепатически??? (Про такую же систему общения у неандертальцев , называемую интердекцией писал выдающийся русский учёный Б.Ф. Поршнев. С. Яз - Конд) . Слушать музыку??? Самая красивая музыка в мире - это шум ветра, волн, крики птиц, музыка моря. Носить костюм???? Их кожа служит им во все времена года...."
Доказательством в пользу гипотезы водной обезьяны - общего предка человека и дельфина служат следующие факты
.
Наличие у части детей (9% мальчиков и 6,5% девочек школьного возраста реликтовых перепонок, особенно между вторым и третьим пальцами ступни. Они некогда помогали плаванию, затем за ненадобностью исчезли. Это исследование было проведено в США.
Неспособность человека раздвинуть пальцы руки, кроме большого, даже на 90 град.
Наличие вместо шерсти подкожной жировой прослойки.
Фрагментарная сохранность волосяного покрова и расположение волос, как бы по ходу плавания.
Строение носа с узкими (в отличии от обезьян) и легко закрывающимися своими пальцами ноздрями.
Задержка дыхания и наряние.
Новорождённый детёныш человека может научиться раньше чем ходить.
Пять последних признаков сближают эту гипотезу с наяпитековой гипотезой Ибраева.
Как видим, вопрос не закрыт и долго ещё эта гипотеза будет будоражить умы исследователей и учёных.
"Чудовище, неподвижно лежавшее в воде среди мангровых зарослей, заметило добычу - подходящего по размерам зверя, пришедшего на водопой. За нескольких энергичных толчков задних ног оно приблизилось к берегу, запустило свои мощные зубы в тело жертвы и попятилось назад в воду. Когда крепко зажатое в челюстях животное, не имея возможности вздохнуть, перестало биться, хищник выполз на берег, чтобы начать трапезу на твердой земле. На первый взгляд чудовище походило на крокодила - с короткими ногами, массивным хвостом, длинной вытянутой мордой и высоко посаженными, выступающими над поверхностью головы глазами. Однако его тело покрывали не пластинки панциря, а шерсть, ноги заканчивались не когтями, а чем-то напоминающим копыта, а зубы - это были зубы зверя, а не пресмыкающегося..."
Так в представлении палеонтологов выглядит амбулоцетус, один из первых китов. Вернее - существо, которое является «звеном в эволюционной цепи», соединяющее наземных млекопитающих начала кайнозойской эры и современных китообразных: синих, серых и горбатых китов, кашалотов, нарвалов, касаток и дельфинов - всего примерно 40 родов и 80 видов животных, бороздящих просторы Мирового океана.
Эволюционная история китов как одного из самых специализированных отрядов млекопитающих, для биологов, оставалась загадкой даже в XX в. Когда, в 1945 г., Дж.Симпсон составлял систему эволюционных отношений между млекопитающими, на основе имеющихся на тот момент палеонтологических данных, отметил что о китообразных имеются очень скудные данные и поместил этот отряд независимо от других, связав его историю лишь с общим гипотетическим предком плацентарных.
По истечению двух десятилетий палеонтологи нашли большое количество остатков древних китов и их предков, которые относились к эоценовому периоду (55–34 млн лет назад). Это время когда древние киты (археоцеты - Archaeoceti) только начали "входить" в воду. Кости китообразных находили в более поздних олигоценовых (34–24 млн лет назад) слоях. Тогда происходило становление уже двух современных подотрядов этой группы - зубатых и усатых китов. Проведенная переоценка родственных отношений между живущими отрядами млекопитающих, основанная на сходстве белков иммунной системы, показала что киты ближе всего к парнокопытным (оленям и быкам, жирафамы и бегемотам).
На палеонтологическом уровне такая связь могла быть предположительно подтверждена на основе изучения остатков разных представителей древнего (и полностью вымершего) отряда кондиляртр (Condylarthra) - предполагаемых общих предков копытных, хоботных и китообразных. Было обнаружено явное сходство между трехвершинными зубами вновь открытых ископаемых китов и группы хищных кондиляртр - мезонихий (Mesonychia). Также было обнаружено сходство между зубными характеристиками парнокопытных и другой, очень близкой к мезонихиям, группы кондиляртр - арктоционов (Arctocyonids). Исследователи, проводившие эту работу, пришли к выводу, что китообразные произошли от плотоядных, напоминавших своим обликом волков мезонихий, а те, в свою очередь, имели общего предка с парнокопытными (схема А).
По прошествии десятка лет палеонтологи, во время экспедиции американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) в Пакистане, получили дополнительный материал. Они искали остатки эоценовых наземных млекопитающих в местах где они уже находились, но им попадались только морские организмы. Около 50 млн лет назад в этом районе проходила, меняющаяся со временем, береговая линия древнего моря Тетис, которое разделяло на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку. Среди остатков рыб и моллюсков палеонтологами были найдены два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. В то же время в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного.
Спустя два года в Северном Пакистане экспедицией Джинджериша была обнаружена еще одна странная находка. Это был кусок черепа странного создания размером с волка. Рядом были обнаружены остатки других млекопитающих, на этот раз наземных, живших около 50 млн лет назад. Однако череп найденного неизвестного зверя имел черты, напоминавшие некоторые детали строения слуховой системы современных китообразных.
В водной и воздушной среде звуковые волны распространяются по-разному. У китов которые живут в наше время нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла - особое костное образование, изолированное пазухами. Булла в черепе неизвестного животного, открытого Джинджеришем, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Выходило, что это существо - его назвали по месту находки пакицетусом (Pakicetus) - могло быть одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. В то же время можно было предполагать, что загадочный зверь имел и обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху, - на земле он пока проводил никак не меньше времени, чем в воде.
Примерно в то же время другая группа палеонтологов также обнаружила остатки этого животного, а именно фрагмент нижней челюсти и несколько отдельных зубов. Их строение вполне подтверждало связь пакицетуса с мезонихидами, чьи остатки, кстати, были известны примерно из той же местности и тех же временных слоев. Так что все, казалось бы, становилось на свои места: мезонихиды или их близкие родственники действительно «могли претендовать» на роль предков первых китообразных.
В эоцене море было очень благоприятным для заселения млекопитающими. Теплые заливы Тетиса кишели рыбой, обещая сытную жизнь, а ниша крупных морских хищников оказалась относительно свободной. Хотя акулы и крокодилы продолжали чувствовать себя очень неплохо, многочисленные в мезозое водные пресмыкающиеся - плезиозавры, мозазавры и им подобные - теперь исчезли из морских просторов.
Соотношение суши и моря 50
млн лет назад
Но вскоре проводить дальнейшие изыскания в Пакистане стало невозможно - в 1983 г. началась война в Афганистане и весь регион превратился в «горячую точку». Увлекшийся поисками китов Джинджериш переносит работы в Египет, в пустынную долину в 95 милях к юго-западу от Каира - долину Зеуглодона, названную так в честь сделанных здесь в начале XX в. находок архаичных китов зеуглодонов (Zeuglodon). В эоцене большая часть Египта, как и Пакистана, была дном моря Тетис - ныне же остатки животных, бороздивших его воды, лежат вмурованными в песчаник. После нескольких полевых сезонов Джинджериш с командой обнаружил тонкие задние конечности, принадлежавшие 18-метровой «морской змее» - древнему киту базилозавру (Basilosaurus).
Находки базилозавров - животных, ведших, без сомнения, исключительно водный образ жизни и никогда не выходивших на сушу, были известны и ранее. Базилозавры плавали в древних морях примерно 40–37 млн лет назад. Но вот про наличие у них задних ног никто ничего не знал потому, что находили только отдельные части бедренных костей, которые палеонтологи считали рудиментарными. Джинджериш показал, что у базилозавров были ноги! Правда, совсем маленькие - менее полуметра. Использовались ли они как-нибудь или просто были рудиментами, непонятно. Вряд ли они могли сильно помочь при плавании и уж точно не могли быть использованы для выхода на сушу. Было высказано предположение, что огромные змеевидные базилозавры могли использовать их для брачных объятий, удерживая друг друга в колышащихся волнах. Важно, что спустя 10 млн лет после пакицетуса некоторые из древних китов все еще имели конечности. Между этими существами оказалось возможным провести, хотя и предположительно, связь. «Киты с ногами» оказались реальностью.
Очень важное открытие было сделано в 1992 г. Команда американца Ханса Тьюиссена (Hans Thweissen) открыла в Северном Пакистане, в слоях возрастом около 48 млн лет, почти полный скелет «переходного звена» между современными китами и их наземными предками. Большие веслообразные ступни и мощный хвост животного говорил о том, что оно было хорошим пловцом, а крепкие кости ног и подвижные локтевые и запястные суставы - о том, что оно неплохо передвигалось и по суше. «Переходное звено» получило название амбулоцетуса (Ambulocetus natans), «ходящего и плавающего кита».
А еще позже Тьюиссену, Джиндеришу и другим палеонтологам удалось найти окаменелости, позволявшие восстановить последовательные стадии перехода китов от околоводного к океаническому образу жизни. Были найдены остатки длинномордых ремингтоноцетид (Remingtonocetids, например кутхицетуса - Kutchicetus) и протоцетид (Protocetids, например родоцетуса - Rodhocetus), также произошедших от каких-то «пакицетоподобных» предков на берегах Тетиса. От протоцетид произошли уже вполне «дельфинообразные» дорудоны (Dorudon) - возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара.
На протяжении следующего за эоценом олигоценового периода уровень моря понизился. «Прото-Индия» соединилась с Азией (результатом этого «столкновения» стало возникновение Гималаев), а Австралия и Антарктида удалились друг от друга, в результате чего образовалось широкое свободное кольцо морей в Южном полушарии. Возникло южное циркумполярное течение, начал образовываться ледяной панцирь. Это создавало новые условия для живущих в морях млекопитающих, что, по мнению ряда специалистов, и привело к возникновению современных подотрядов - усатых и зубатых китов. Наиболее древней известной переходной формой между ними и древними археоцетами является Llanocetus, первичный усатый кит, найденный в антарктических отложениях возрастом около 34 млн лет. Судя по всему, он вполне мог питаться крилем. Зубатые же киты, по мнению специалистов, возникли примерно в то же время, развивая способности к эхолокации, которая позволяла активно охотиться в глубине.
К сожалению, находки остатков первых представителей двух современных отрядов крайне редки. Понижение уровня моря в олигоцене осушило прибрежные районы, которые могли содержать эти остатки, и они подверглись разрушению. Но раскопки в более поздних слоях показывают, что немного времени спустя, 30 млн лет назад, настоящие усатые и зубатые киты были представлены несколькими семействами.
Находки же более древних археоцетов и их предков позволяли восстанавливать и пути перехода китообразных к постоянной жизни к океане.
Как было сказано, уже пакицетус имел определенные преобразования в слуховой системе, характерные для китов. Тьюиссен предположил, что он мог пользоваться ими, чтобы воспринимать звуки, распространяющиеся в грунте. Будучи засадным хищником, поджидающим жертву в воде, он мог слышать шаги возможной добычи, приближавшейся к водопою. Вполне возможно, также поступал и амбулоцетус, в челюсти которого уже имелось начало характерного для китов канала, проводящего звук к уху. Положив нижнюю челюсть на грунт - как это делают крокодилы - амбулоцетус «лоцировал» передвижение по берегу своих потенциальных жертв.
Луо (Zhe-Xi Luo) - палеонтолог, сотрудник Музея естественной истории в Питтсбурге, показал, что у базилозавров и дорудонтов - первых полностью водных китов - слуховая система по строению была уже достаточно близка к слуховой системе современных китов. Позже эволюция двух групп - зубатых и усатых китов - пошла разными путями. Первые развили особенности, необходимые для произведения и восприятия высокочастотных звуков, используемых при эхолокации, а вторые «специализировались» на низкочастотных акустических сигналах, позволявших общаться друг с другом на больших расстояниях. Около 28 млн лет назад ранние зубатые киты уже имели некоторые из костных структур, необходимых для восприятия высокочастотных звуков и, соответственно, определенную способность к эхолокации.
Другие важные изменения черепа в процессе эволюции китообразных включали перемещение глазниц с верхнего (как у крокодилов) положения у пакицетуса и амбулоцетуса на бока головы, как у протоцетид и современных китов. Ноздри сместились с вершины морды у пакицетуса на вершину головы (дыхало) у современных китов. Зубы стали простыми и однообразными - приспособленными только для удержания, а не разжевывания добычи. У усатых же китов они исчезли совсем; их «китовый ус» - роговые пластины, с зубами никак не связаны.
Анализ изотопного состава атомов кислорода, присутствующих в зубах ископаемых китов, позволяет делать заключения о том, жили ли они в пресной или морской воде - во второй присутствует большая доля изотопа 18О. Получилось, что организм пакицетусов получал только пресную воду, амбулоцетусы могли жить как в пресных, так и в соленых водоемах, а протоцетиды были уже настоящими морскими животными.
Одна из наиболее важных адаптаций, характерных для китов, - их способность производить вертикальные удары хвостом, обеспечивающие быстрое плавание. Строение тазового пояса амбулоцетуса еще позволяло животному поддерживать свой вес при передвижении по суше, хотя непропорционально большие задние конечности этого животного и веслообразные ступни делали такое передвижение затруднительным. Но такие конечности очень неплохо подходили для гребли при передвижении в воде. У родоцетуса, представителя протоцетид, кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, - наподобие современных ушастых тюленей.
Базилозавры и дорудонтиды были, как уже сказано, полностью водными созданиями. Как у современных китов, плечо у них оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Задние ноги и тазовые кости были маленькими и слабыми. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн лет, еще имелись неплохо сформированные ноги.
В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.
Итак, серия палеонтологических открытий 70–90-х гг. XX в. позволила проследить основные этапы эволюционного становления китов на их пути от наземных к исключительно водным животным. Однако вопрос об их более далеких предках продолжал - да и продолжает - оставаться открытым. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих - представителей разных отрядов - позволил исследователям вновь говорить о высокой степени родства китов и парнокопытных. В то время как мезонихиды с их неясным систематическим положением оказывались вроде бы и ни при чем… Другие анализы показали большое сходство китов с отдельной и весьма специфической, надо сказать, группой парнокопытных - бегемотами (схемы Б, В).
Скелеты современных китов и
их предков
Палеонтологи сначала весьма отрицательно отнеслись к подобной интерпретации результатов анализа ДНК - в конце концов, речь шла о сравнении ныне живущих животных, ДНК пакицетуса и амбулоцетуса, само собой, не сохранилась. Мезонихиды же очень подходили на роль предков китов - они отличались «подходящими» морфологическими признаками, и их остатки встречались именно в тех регионах и в тех слоях, где и когда должно было начаться становление китообразных. А вот остатков древних парнокопытных, подтверждавших бы предположения молекулярных биологов, не было.
Ключом к решению проблемы могла бы стать находка принадлежавшей кому-то из древних (еще выходивших на сушу) предков китов так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки. У всех парнокопытных таранная кость имеет очень характерную форму с выемкой-шкивом на обоих концах. Собственно, это и есть один из ключевых признаков отряда.
Осенью 2001 г. Джинджериш сообщил об открытии в восточной части Белуджистана еще одного вида родоцетуса - Rodhocetus astralagus - и новой формы протоцетид - артиоцетуса (Artiocetus). А Тьюиссен и его коллеги в то же время откопали в Пенджабе скелет пакицетуса (ранее был известен только череп) и скелет еще одного зверя, близкого к пакицетусу (Ichtyolests). И все вновь найденные скелеты имели таранную кость характерной для парнокопытных формы. Получалось, что мезонихиды, у которых эта кость была другой формы, действительно не имели отношения к возникновению китов? Их остатки просто оказались «в нужное время и в нужном месте»? Но какие же парнокопытные дали тогда начало китообразным? Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже. Среди же их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды.
Впрочем, надо заметить, что и само происхождение парнокопытных остается неясным. Может быть, мезонихиды - самостоятельная ветвь этого отряда (а не отряда кондиляртр), утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Тогда они вполне могут иметь общих предков с китообразными. Сейчас существует и такая гипотеза (схема Г). Споры продолжаются, и большинство ученых сходятся на мысли, что загадка самых первых предков китов еще неразгадана. Необходимы новые палеонтологические находки.
По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002
Китообра́зные (лат. Cetacea) — отряд млекопитающих, полностью приспособленных к жизни в воде. Китообразных вместе с парнокопытными иногда относят к внесистематической группе китопарнокопытных. В обиходе китами называют всех китообразных, кроме дельфинов и морских свиней. Китообразные являются самыми крупными из известных животных, которые когда-либо обитали на Земле.
Научное название cētus и русское кит происходят от греческого κῆτος «морское чудовище».
В водах России встречается около 30 видов китообразных.
Внешний вид
Китообразные имеют веретенообразное обтекаемое тело, гладкую кожу, практически без шерсти. Толстый слой жира защищает от переохлаждения. Передние конечности преобразованы в ласты, задние атрофированы. Хвост заканчивается большим горизонтальным плавником.
Происхождение
Киты, предположительно, произошли от парнокопытных наземных млекопитающих, которые порядка 50 млн лет назад перешли к полуводному образу жизни.
Существуют разные теории о происхождении китов. Предполагалось, что киты, дельфины и морские свиньи произошли от группы наземных млекопитающих, называющихся Мезонихии. Эти существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям. Они жили приблизительно 60 миллионов лет назад вокруг древнего моря Тетис, там, где теперь Средиземное море и часть Азиатского субконтинента.
Мезонихии, вероятно, охотились на рыбу и других водных животных в прибрежных болотах и эстуариях. Поскольку они проводили все больше времени в воде, их тела начали изменяться. Они стали более обтекаемыми, и у них развились мощные, сглаженные хвосты. Их передние конечности постепенно превращались в плавники, а задние деградировали. Появился толстый слой подкожного жира, а волосяной покров начал исчезать. Для облегчения дыхания с поверхности воды ноздри у них переместились наверх головы и постепенно превратились в дыхала.
Новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности, гиппопотамов. На основе этих данных предлагается даже включать китообразных в состав отряда парнокопытные и предлагается название Cetartiodactyla для монофилетического таксона, включающего две эти группы.
Недавние исследования показали, что связующим звеном был род индохиусов, обитавший на территории Пакистана и внешне напоминавший современных оленьковых. В течение эоцена предки китов постепенно приспосабливались к жизни в море, заполняя экологическую нишу, которая освободилась после вымирания мозазавров и плезиозавров. Со временем они утратили всякую связь с сушей и приобрели новые адаптационные признаки, утратив черты, характерные для наземных млекопитающих.
Классификация
От общих предков отделились три подотряда китообразных, объединяющих 127 вымерших и 38 ныне живущих родов: древние киты (археоцеты), усатые (или беззубые) киты (мистакоцеты) и зубатые киты (одоноцеты). Современные два подотряда резко различаются между собой как по внешнему и внутреннему строению, так и по биологии. Беззубые киты имеют вместо зубов ряд роговых пластинок, которые свисают с верхней челюсти, называемых «китовым усом», которыми они фильтруют из воды морской планктон.
Общее описание
К отряду принадлежат высокоспециализированные млекопитающие, приспособившиеся к постоянной жизни в воде. Внешне китообразные напоминают рыб, но отличаются от последних наличием теплокровности, лёгочного дыхания, наличием остатков волосяного покрова, внутриутробным развитием плода и молочным вскармливанием детёнышей, и другими признаками, объединяющими их с остальными млекопитающими.
Размеры у китообразных наибольшие среди млекопитающих: средняя длина тела синего кита 25 м, вес — 90-120 т. Самые маленькие китообразные — белобрюхий дельфин и дельфин Гектора, относящиеся к роду пёстрых дельфинов (Cephalorhynchus): длина тела у них не превышает 120 см, масса — 45 кг.
Хвостовые лопасти кита-горбача
Наименьшее сопротивление воды при плавании китообразным обеспечивает обтекаемое тело торпедовидной или каплевидной формы. Этому же способствуют исчезновение волосяного покрова и ушных раковин. Кожа китообразных отличается большой упругостью, эластичностью и несмачиваемостью, что уменьшает трение при быстром плавании.
Голова обычно массивная; заканчивается тупо, заострена или вытянута в «клюв» (рострум). Голова почти без видимого шейного перехвата переходит в туловище, которое постепенно сужается в хвостовой стебель.
Передние конечности превратились в плоские и жёсткие грудные плавники (ласты), которые служат в основном «рулями глубины», а также обеспечивают повороты и торможение. Кистевые части ласт внешне не расчленены, а иногда и сращены внутри.
Свободные задние конечности атрофировались, хотя у некоторых видов обнаруживаются рудименты тазовых костей.
Хвостовая часть тела латерально уплощена; она очень гибкая и мускулистая, служит основным локомоторным органом. На её конце имеются парные, горизонтальные хвостовые лопасти.
Кроме того, у большинства видов на спине находится непарный спинной плавник, который служит своеобразным стабилизатором при плавании.
Хвостовые и спинной плавник относятся к кожным образованиям и лишены скелета; внутри них находится хрящевая ткань.
Грудные, спинной и особенно хвостовой плавники обладают переменной упругостью, которая обеспечивается особыми кровеносными сосудами. Упругость плавников зависит от скорости плавания. Помимо локомоторной плавники выполняют терморегулирующую функцию: через них в первую очередь уходит избыток тепла.
Кожные железы у китообразных отсутствуют; исключение составляют 2 молочные железы, которые расположены в задней половине тела. Соски (2) помещаются в продольных кожных карманах по бокам мочеполовой щели и наружу выступают только у кормящих самок. Под кожей находится слой жировой ткани (ворвани) толщиной от 2,5 до 30 см.
Подкожный жир защищает тело от переохлаждения, помогает удерживать в организме воду, которая иначе диффундировала бы в окружающую среду, а также является энергетическим запасом на время голодовок. Температура тела за счёт хорошей изоляции жировой прослойкой колеблется в пределах от 35 до 40 °C.
Волосяной покров отсутствует. У усатых китов на морде растут отдельные щетинковидные волоски, похожие на вибриссы наземных млекопитающих; они служат органом осязания. У зубатых китов вибриссами во взрослом состоянии обладают только гангский дельфин и амазонская иния, живущие в мутной речной воде; у большинства других зубатых китов вибриссы имеют лишь эмбрионы.
Окраска китообразных бывает однотонной, противотеневой (тёмной сверху и светлой снизу) или пятнистой. У некоторых видов она подвержена возрастной изменчивости.
Скелет
Скелет у китообразных губчатый. В позвоночнике от 41 до 98 позвонков, образующих 4 отдела: сильно укороченный шейный (всегда из 7 позвонков, общая длина которых не превышает 15 см), грудной, поясничный и хвостовой. Грудной отдел несет 10-17 пар рёбер, из которых только первые 2-8 пар сочленены с грудиной.
Межпозвоночные диски придают позвоночнику, особенно его хвостовой части, большую гибкость и подвижность. Задние конечности и крестцовый отдел позвоночника, как правило, утрачены, а кости таза рудиментарны и не соединены с позвоночником. Грудной плавник поддерживает очень короткая плечевая кость, две кости предплечья и многочисленные кости кисти, иногда слитые в лопастеподобную структуру.
Скелет усатого кита (видны рудименты тазовых костей)
Череп китов приспособлен к специфическому способу дыхания — ноздри смещены на темя. Носовые кости уменьшены; теменные сдвинуты вбок так, что верхнезатылочная кость соприкасается с лобными костями. Кости челюстей удлинены в связи с увеличением числа зубов или развитием цедильного аппарата.
Зубы у всех китов имеются в эмбриональном состоянии, но у усатых китов атрофируются, не прорезываясь, и заменяются бахромчатыми роговыми пластинами т. н. китового уса. У зубатых китов зубы конические, однородные, недифференцированные на резцы, клыки и коренные. Наибольшее их число отмечается у продельфина Stenella longirostris: от 172 до 252 зубов. Меньше всего зубов у нарвала: 2 зуба в верхней челюсти, причём у самок они обычно не прорезываются, а у самца левый зуб превращён в длинный бивень.
Органы пищеварения
Язык хорошо развит, мягкие губы отсутствуют. Слюнных желез нет или они рудиментарные. Китообразные заглатывают добычу целиком, не пережёвывая. Желудок сложный, многокамерный; способен растягиваться и вмещать до 1,5 т пищи (синий кит). Первый, безжелезистый, отдел желудка представляет собой нижнее выпячивание пищевода и служит для мацерации и механической обработки пищи; отсутствует у клюворылых китов.
Кардиальный отдел обильно снабжён железистыми клетками, выделяющими пищеварительные соки; он складчатый, сильно растяжимый, иногда дву— или трёхраздельный. Пилорический отдел представляет расширенную переднюю часть двенадцатиперстной кишки. Длина кишечника превышает длину тела: от 4-5 раз (у гангского дельфина и бутылконосов) до 15-16 раз (кашалот) и даже до 32 раз (дельфин Ла-Платы).
Органы дыхания и кровообращения
Наружных ноздрей 2 у усатых китов и 1 у зубатых китов. Они смещены на верх головы и снабжены особыми клапанами, рефлекторно запирающими дыхательные пути при нырянии и отпирающими при выныривании. Вследствие особого строения гортани воздухоносный ход отделён от пищевода, что позволяет киту безопасно дышать, даже если в ротовой полости находится вода. Носовой канал у большинства видов соединён с особыми воздушными мешками, выполняющими роль звукосигнального органа.
Трахея и бронхи укорочены, что способствует убыстрению акта дыхания. Лёгкие однодольчатые с сильно развитой гладкой мускулатурой, позволяющей за один выдох-вдох обновлять воздух на 80-90 % (у человека в норме без физического напряжения только на 15 %). Число альвеол больше и размеры их крупнее, чем у наземных млекопитающих.
Китообразные способны находиться под водой от 2-10 до 30-40 минут (кашалот — до 1,5 часов). Длительность погружения обеспечивают большая ёмкость лёгких и повышенное содержание миоглобина в мышцах. Кислородная ёмкость крови увеличена за счёт высокого содержания гемоглобина и повышения его концентрации в эритроцитах.
Процесс дыхания китообразных можно подразделить на выдох после длительного погружения, промежуточные акты дыхания и глубокий вдох перед следующим погружением. Когда кит всплывает на поверхность, выдыхаемый им с силой воздух, соприкасаясь с более холодным наружным, формирует столб конденсированного пара (фонтан).
У разных видов китообразных фонтан различается по форме и высоте. У крупных китов выдыхаемый воздух выталкивается через дыхало с такой силой, что производит громкий трубный звук, в спокойную погоду слышимый с большого расстояния. Во время промежуточных вдохов и выдохов кит ныряет неглубоко, плывет почти по прямой линии, дыша через правильные промежутки времени. Число промежуточных актов дыхания тем больше, чем дольше кит остаётся под водой во время основного погружения.
Во время погружения пульс у китообразных замедляется более чем в 2 раза, и ток крови перераспределяется так, что кислородом снабжаются в первую очередь мозг и сердечная мышца. Менее чувствительные к кислородному голоданию ткани (особенно мышцы тела) переходят на «голодный паёк». Слабая чувствительность дыхательного центра мозга к накоплению в крови углекислоты позволяет китообразным значительно удлинять дыхательную паузу.
Органы чувств
Масса головного мозга у китообразных — наибольшая среди млекопитающих в абсолютных цифрах, достигая у кашалота 7,8-9,2 кг, но относительно массы тела она невелика. Так, у голубого кита она составляет всего 0,007 % общей массы. Головной мозг высоко дифференцирован, органы чувств развиты, хотя и не одинаково.
Обоняние китообразными почти утрачено. Обонятельные доли мозга и обонятельные нервы отсутствуют полностью (зубатые киты) или имеются в зачаточном состоянии (усатые киты). Вкус, видимо, развит довольно слабо; предполагают, что киты способны на вкус различать солёность воды и обнаруживать по моче и фекалиям своих сородичей.
Осязание развито превосходно; кожа богато иннервирована. На голове у усатых китов сохраняются редкие осязательные волоски, которые действуют как вибриссы и играют определённую роль при поисках массовых скоплений планктона. Зубатые киты, питающиеся одиночной и сравнительно крупной добычей, в вибриссах не нуждаются; исключение составляют речные дельфины, живущие в мутной воде.
Глаза расположены по бокам головы и относительно небольшие: у крупных китов глаз имеет массу около 1 кг, у мелких дельфинов размером с глаз собаки. Веки неразвиты. Роговица и склера толстые и плотные. Глазное яблоко почти шаровидное, спереди несколько уплощённое. Хрусталик имеет округлую форму. Зрение у многих видов монокулярное, без общего поля зрения. Китообразные как правило близоруки, исключение составляют дельфины. Слёзные железы редуцированы; слёзно-носовой проход отсутствует. От механического и химического воздействия воды глаза предохраняет жирный секрет гардеровой железы. Имеются конъюнктивные железы, не известные у других млекопитающих.
Органы слуха сильно видоизменены. Ушная раковина отсутствует. Слуховой проход сужен и открывается позади глаза маленьким отверстием; видимо, служит отдельным чувствующим органом, воспринимающим изменение давления. Барабанная перепонка выгнута наружу (усатые киты) или внутрь (зубатые киты). Звук китообразные воспринимают через кости черепа и нижнюю челюсть, чей задний конец близко подходит к области внутреннего уха и иннервирован ветвью тройничного нерва.
Строение внутреннего уха у китообразных очень сложное, с увеличенной улиткой. Звук для водных организмов — важнейший источник информации, так как в воде звуковые колебания распространяются в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Китообразные способны улавливать звуковые волны в диапазоне от 150 Гц до ультразвуковых колебаний в 120—140 кГц. Наиболее остр слух зубатых китов; у усатых китов он хуже по сравнению с наземными млекопитающими.
Песни китов
Характерный V-образный фонтан южного кита Eubalaena glacialis
Китообразные издают звуковые сигналы в тех же частотах, которые воспринимают сами. Поскольку голосовые связки у них отсутствуют, звуки производятся в результате вибрации «звуковых губ» (зубатые киты) или с помощью гортани и глотки (усатые киты).
Коммуникационные звуковые сигналы, издаваемые китообразными, многочисленны и разнообразны; имеются особые сигналы питания, беспокойства, страха, спаривания, боли и т. п. Некоторые китообразные из подотряда Odontoceti, подобно летучим мышам, способны к направленной эхолокации. У них образовался особый эхолокационный аппарат, состоящий из жировой подушки и вогнутой передней поверхности черепа, которые действуют как звуковая линза и рефлектор, концентрируя излучённые ультразвуковые сигналы и в виде звукового пучка направляя их на объект.
Половой диморфизм
Половой диморфизм выражен главным образом в разнице размеров самцов и самок. Самки усатых китов крупнее самцов; самки большинства зубатых китов, наоборот, меньше.
Приспособление к среде обитания
Особенности дыхательной и кровеносной системы позволяют китообразным долго находиться под водой с одним запасом воздуха (кашалоты до 1,5 часов). Способность гемоглобина связывать кислород у китов выше, чем у наземных млекопитающих, существенная часть кислорода накапливается в мышечном гемоглобине. При нырянии резко замедляется пульс и ограничивается подача кислорода к органам, менее чувствительным к кислородному голоданию.
Образ жизни
Распространены китообразные во всех океанах и в некоторых морях. Имеются холодолюбивые виды, живущие в полярных и субполярных водах (белухи, нарвалы, гренландские киты), теплолюбивые (полосатик Брайда), тропические и субтропические (многие дельфины, карликовые кашалоты) и виды с широким ареалом, включая космополитичные (полосатики, кашалоты, косатки). Встречаются как возле побережий, так и в открытом море. Представители некоторых видов способны подниматься вверх по рекам или постоянно жить в реках и эстуариях.
Большинство видов — стадные животные; держатся группами от нескольких до сотен и тысяч голов. Питание, как правило, специализированное; среди китов встречаются планктофаги, теутофаги, ихтиофаги и сапрофаги.
Косатки — единственные китообразные, регулярно поедающие не только рыб и беспозвоночных, но и теплокровных животных (птиц, тюленей, др. китов). Некоторые виды плавают очень быстро (косатки, многие дельфины), другие относительно медлительны.
Большинство китов держатся в поверхностных водах; некоторые могут нырять на значительную глубину (кашалот). В результате приспособления к сезонным условиям питания и размножения китообразные образовали несколько биологических групп.
Для одних видов характерны строго регулярные сезонные миграции в пределах северного или южного полушария: на зиму они плывут в низкие широты для родов, а на лето — в умеренные и высокие для нагула жира (почти все усатые киты, часть клюворылых и кашалоты).
Самые длинные миграции среди всех млекопитающих совершают серые киты, которые в год проплывают до 12 000 км, перемещаясь от зимовочных участков у берегов Калифорнии к местам летней кормежки в Беринговом море и обратно. Другие также совершают миграции на значительные расстояния, но менее регулярно и с нарушениями сезонных сроков (малые косатки, гринды, сейвалы, нарвалы).
Третьи перешли к сравнительно оседлому образу жизни, совершая кочевки в пределах небольшой акватории (афалины, речные дельфины, серые дельфины и др.). Миграции китообразные совершают в пределах знакомых областей, придерживаясь опредёленных путей.
Размножение
Преимущественно моногамны. Большинство видов размножается 1 раз в 2 года, только некоторые дельфины плодятся ежегодно, спариваясь вскоре после родов. Периоды спаривания и ще́нки обычно растянуты во времени. Самцы способны к оплодотворению постоянно или большую часть года. Беременность у разных видов длится от 7 до 18 месяцев.
Мигрирующие виды родят главным образом зимой в тёплых водах; немигрирующие — летом. Характерна многоплодность: у самок в начале беременности в матке могут находиться 2-3 зародыша, из которых вскоре остается только один. Двойни редки.
Роды происходят под водой; плод выходит хвостом вперёд. Детёныш хорошо развитый, крупный — до 1/2—1/4 длины тела матери; сразу способен к самостоятельному передвижению. Первый дыхательный акт он совершает, как безусловный рефлекс, в момент первого выныривания на поверхность. С первого дня детёныш плавает бок о бок с матерью, используя давление гидродинамического поля вокруг неё, что позволяет ему плыть пассивно. У самок сильно развит материнский инстинкт.
Кормление происходит под водой; молоко потребляется в течение нескольких секунд, но очень часто. Детёныш плотно захватывает сосок, и молоко вбрызгивается в его ротовую полость сокращением особых мышц самки. Китовое молоко очень питательное; оно густое, обычно кремового цвета, жирностью до 54 %. Характерно, что его поверхностное натяжение в 30 раз больше, чем у воды, поэтому струя молока не расплывается в воде. Самки китов продуцируют в сутки от 200—1200 г (дельфины) до 90-150 л (финвал) и 200 л (синий кит) молока. Детёныш во время вскармливания растёт очень быстро, к его концу увеличиваясь на 1/3-1/2 первоначального размера. Вскармливание продолжается от 4 месяцев (мелкие дельфины) до 13 (кашалоты), а в неволе даже до 21-23 месяцев (афалины).
Половая зрелость наступает в 3-6 лет, но замедленный рост тела длится и после того, до 12 лет. Физическая зрелость наступает, когда скелет окончательно окостеневает и все эпифизы позвоночника срастаются с телами позвонков. Процесс окостенения позвоночника начинается с обоих концов позвоночника, причём с хвостового идёт быстрее, чем с головного, и заканчивается в грудном отделе. Последовательные изменения в позвоночнике иногда используют для определения возраста кита.
Численность и значение для человека
Китобойный промысел
В недавнем прошлом практическое значение китообразных для человека было довольно велико. Практически все органы китов использовались для выработки пищевых и технических продуктов. Из подкожного сала и костяка вываривался жир, который потом перерабатывался на лярд и маргарин, смазочные вещества, технический и дистиллированный глицерин, мыло, театральный грим, стиральный порошок и т. д.
Полимеризированный жир использовался для изготовления линолеума и типографской краски. Спермацет кашалотов служил сырьём для производства косметических кремов и помады, а также смазочных материалов. Вываренный костяк, внутренности и части мускулатуры перерабатывались на удобрение (тук) и на кормовую муку для скота и птицы.
Из белковой части китового сала получали желатин и клей. Из китового уса до развития производства пластмасс изготовляли пружины для диванов и матрацев, корсеты, щётки, веера и т. д. Зубы кашалота шли на резные изделия. Мясо в консервированном, засоленном или свежем виде употреблялось как пищевой продукт. Из печени китов добывали витамин A; из желез внутренней секреции (поджелудочной и зобной) изготавливали медицинские препараты (камполон, инсулин и др.). Амбра, извлекаемая из кишечника кашалотов, высоко ценится в парфюмерной промышленности как закрепитель духов.
Чрезмерно интенсивный промысел пагубным образом сказался на численности китообразных, приведя многих представителей этого отряда на грань исчезновения. Многие китообразные занесены в списки Международной Красной книги. В настоящее время коммерческий промысел китов запрещён мораторием Международной комиссии по регулированию китобойного промысла и законами большинства стран и в ограниченных объёмах ведётся только Норвегией, Исландией и Японией, а также некоторыми аборигенными народами в качестве одного из традиционных занятий.