Усатые киты в ус не дуют – они через него цедят

Как отделить криль от десятков тонн морской воды и почему решение этой задачи заняло у эволюции миллионы лет, рассказывает замдиректора Зоомузея МГУ Александр Ладыгин

Как отделить криль – мелких морских планктонных ракообразных – от воды

Что посоветовать киту, который набрал в рот воду вместе с крилем, но еще не успел обзавестись китовым усом?

Представим, что вы – усатый кит. Вы плаваете в Тихом океане у берегов Камчатки и Аляски или в полярных водах, где встречаются скопления криля – мелких ракообразных, служащих основной пищей для многих крупных китов.

Проблема заключается в разнице масштабов. Синий кит, крупнейший представитель семейства полосатиков, может достигать 30 метров в длину. Многие более мелкие полосатики вырастают до 10–15 метров. Длина отдельного рачка обычно не превышает 5–6 сантиметров, однако криль образует огромные и очень плотные скопления.

У китов чрезвычайно крупная ротовая полость. Две половины нижней челюсти соединены эластичной связкой, поэтому могут немного расходиться и поворачиваться. Продольные складки на нижней стороне тела позволяют ротовому мешку сильно растягиваться. Во время кормового броска кит способен захватить несколько десятков кубометров воды.

В раскрытой пасти синего кита теоретически могла бы поместиться небольшая лодка. Однако это не означает, что животное способно ее проглотить: пищевод у него сравнительно узкий и приспособлен для мелкой добычи. Ученые, таким образом, могут не беспокоиться – китами они не рассматриваются в качестве пищи.

Итак, кит захватывает огромный объем воды, содержащей криль. В его пасти может оказаться значительная масса ракообразных, но вместе с ними – десятки тонн морской воды. Проглотить весь этот объем невозможно и физиологически невыгодно. Если же просто открыть пасть, криль уйдет обратно в океан вместе с водой. Следовательно, воду необходимо удалить, а пищу – сохранить.

Эволюционная задача

Задача состояла в том, чтобы, выражаясь бытовым языком, «отделить мух от котлет», то есть криль от воды: отцедить, отфильтровать, сепарировать.

Эволюция не проектирует органы заранее, а сохраняет полезные изменения, возникающие на протяжении множества поколений. Первые китообразные появились около 50 миллионов лет назад, однако специализированный фильтрующий аппарат усатых китов сформировался значительно позднее. Путь к нему был долгим и постепенным.

Как эту задачу решают тюлени

Полезно посмотреть, как с похожей проблемой справляются другие животные той же экологической ниши. Один из наиболее интересных примеров – антарктический тюлень-крабоед (Lobodon carcinophaga).

Несмотря на название, крабами он почти не питается. Основу его рациона составляет все тот же криль. Боковые зубы тюленя имеют сложную многобугорчатую форму. При смыкании челюстей они плотно прилегают друг к другу, словно элементы пазла, и образуют своеобразное сито. Вода проходит через промежутки между зубами, а рачки остаются во рту.

Получилось не только функционально, но и весьма изящно.

Проблема вязкости водной среды

Пища водных животных находится во взвешенном состоянии и движется вместе с окружающей ее водой. Важна здесь не только вязкость как физическое свойство жидкости, но и возникающие при движении гидродинамические потоки.

Это легко проверить самостоятельно. Попробуйте поймать ладонями небольшую игрушку, плавающую в наполненной ванне. При сближении рук вода будет вытесняться и увлекать игрушку за собой. Поймать объект, не захватив при этом окружающую жидкость, оказывается непросто.

Поэтому задача фильтрующих животных состоит в том, чтобы сначала захватить часть водной среды вместе со взвешенными в ней пищевыми объектами, а затем удалить воду, сохранив добычу. Тюлень-крабоед процеживает воду сквозь зубы, а усатые киты – через китовый ус.

Как работает китовый ус

Способ питания у разных усатых китов различается. Полосатики совершают кормовые броски и захватывают сразу большой объем воды. Гренландские и гладкие киты могут медленно плыть с открытой пастью, непрерывно фильтруя воду. Однако общий принцип остается одинаковым.

При кормовом броске полосатик раскрывает пасть и устремляется в скопление криля. Ротовой мешок растягивается и наполняется водой с ракообразными. Затем кит закрывает пасть. За счет сокращения тканей ротового мешка и движений языка вода выдавливается наружу через пластины китового уса.

Вода уходит обратно в море, а планктон и криль задерживаются на бахроме пластин. После этого кит снимает пищу языком и проглатывает ее.

Такой способ кормления особенно эффективен при высокой концентрации добычи. Отдельный кормовой бросок требует заметных затрат энергии, зато позволяет одновременно захватывать огромное количество мелких организмов. Киту не приходится преследовать каждого рачка по отдельности: он словно движется сквозь густой пищевой «суп», роль ложки в котором выполняет его собственная пасть.

Именно высокопроизводительная фильтрация позволяет обеспечивать пищей тело синего кита массой более 150 тонн.

Оледенение, криль и увеличение размеров китов

Почему современные усатые киты достигли столь внушительных размеров? Согласно одной из научных гипотез, важную роль сыграли климатические и океанографические изменения, происходившие в течение последних пяти миллионов лет.

Похолодание и усиление оледенения изменили систему океанических течений, сезонность и расположение зон высокой биологической продуктивности. Корм перестал быть равномерно распределенным по Мировому океану. Криль и мелкая рыба начали образовывать плотные, но локальные скопления, разделенные тысячами километров.

Для использования таких ресурсов китам потребовались протяженные сезонные миграции между районами нагула и размножения. Крупное тело давало сразу несколько преимуществ: позволяло запасать больше энергии, эффективнее преодолевать большие расстояния и дольше находиться в холодных продуктивных водах.

Одновременно увеличение размеров ротовой полости и фильтрующего аппарата позволяло обрабатывать больше воды за один кормовой бросок. Чем крупнее животное, тем больший объем воды оно способно профильтровать. Поэтому сочетание протяженных миграций и концентрированного распределения мелкой, но многочисленной добычи могло способствовать эволюционному увеличению размеров усатых китов.

Что такое китовый ус

Несмотря на расположение в ротовой полости, китовый ус не имеет отношения к зубам. Он представляет собой ряды роговых пластин, свисающих с верхней челюсти. Их внутренние края расщепляются и образуют густую бахрому, на которой задерживаются пищевые частицы.

Китовый ус состоит преимущественно из кератина – белка, входящего также в состав волос, ногтей и копыт млекопитающих. Следовательно, по своему происхождению это производное покровных тканей, а не зубной системы.

Изучение происхождения таких органов помогает ученым восстанавливать эволюционную историю животных и устанавливать родственные связи между различными группами.

Как киты решали физические и физиологические проблемы

Существование крупного теплокровного млекопитающего в морской среде требует целого комплекса адаптаций. Фильтрация пищи – лишь одна из стоявших перед китообразными эволюционных задач.

Им необходимо сохранять тепло в холодной воде, ориентироваться при ограниченной видимости, находить корм, поддерживать водно-солевой баланс и общаться с сородичами на больших расстояниях. При этом киты дышат атмосферным воздухом, совершают глубокие погружения, переносят значительные перепады давления, рожают детенышей в воде и выкармливают их молоком.

Зубатые киты пошли по другому эволюционному пути. Они освоили активную охоту, развили сложную эхолокацию и разнообразные формы социального поведения. Особенно ярко этот комплекс приспособлений проявляется у косаток – но это уже совсем другая «зверскаяк» история.

Где увидеть китовый ус

Китовый ус можно увидеть в Верхнем зале Зоологического музея МГУ. Экспонат находится в первой витрине слева от входа.

Запись на экскурсию «Про китов и косаток» – по ссылке.