Наблюдая за китами - [49]
Рассмотрим фундаментальное ограничение отношения площади поверхности к объему: независимо от формы объекта площадь его поверхности всегда увеличивается медленнее, чем объем. Одно из первых биологических последствий такого соотношения для любого организма крупнее амебы состоит в том, что одной диффузии газа становится недостаточно, чтобы доставлять кислород во все участки тела, поэтому для выживания нужен некий механизм — например, легкие. У китов легкие, безусловно, имеются, то есть вторую задачу они решили так же, как и любое другое млекопитающее, но их легкие настолько большие и специализированные, что они создают свои затруднения. Судя по исследованиям мелких видов китов, их легкие имеют структурные изменения, которые позволяют им не только довольно быстро сжиматься, чтобы избежать проблем с плавучестью и разрывом тканей при нырянии на глубину больше полутора километров, но и быстро раздуваться при всплытии[237].
Наряду с дыханием, есть еще одна жизненно важная задача: киту необходимо запасти в легких столько кислорода, чтобы он мог находиться под водой до двух часов. Для решения этой задачи киты демонстрируют массу различных анатомических и физиологических эволюционных приспособлений, например высокое соотношение количества крови к объему тела, высокое количество клеток крови и повышенная концентрация гемоглобина в клетках, попросту — кровяные клетки китов могут запасать больше кислорода[238]. (Еще один пример конвергентной эволюции: эти признаки независимо появились у таких отдаленно связанных ветвей генеалогического древа млекопитающих, как киты и тюлени[239].)
На суше есть еще одно фундаментальное ограничение — гравитация. По мере наращивания масштабов физика устанавливает пределы возможного для любого вида движения и функции, будь то кровоток, пищеварение или передвижение. Например, динозавры-завроподы обладали ногами-колоннами, которые поддерживали их массивный вес. Впрочем, по-видимому, для облегчения нагрузки они обзавелись птицеобразной дыхательной системой, и их скелет был пронизан воздушными мешками, как у современных птиц[240]. Очевидно, что китам гравитация не мешает, так как они живут полностью в воде, что делает их практически невесомыми. Зато на форму их тела повлияли другие силы, например сопротивление среды.
Применение аллометрии для изучения китов, особенно усатых, в том числе самых крупных из когда-либо существовавших, помогает лучше понять не только то, что нужно для достижения гигантских размеров, но и вообще пределы возможного для живых существ.
Когда Жан Потвин применил аллометрию для расчета сопротивления на математических моделях полосатиков различного размера, он обнаружил, что при длине тела более 33 м синий кит будет недостаточно быстро закрывать пасть, заглатывая добычу, и не сможет компенсировать огромные затраты энергии на торможение и совершение рывка. Другими словами, задокументированная длина крупнейших китов в 33,22 м, по-видимому, соответствует теоретическому максимуму для синего кита[241].
Работа Жана частично объясняет, почему мы не видим синих китов длиной, скажем, 60 или 90 м, но, помимо биомеханики питания, есть и другие возможные причины. Например, большой размер тела должен способствовать более глубокому нырянию, но полосатики не ныряют на глубину, которую можно ожидать исходя из размеров их тела. Частично потому, что их добыча живет выше, в фотической зоне, но похоже, дело еще и в том, что энергетические затраты на кормление в их размерном классе — вызванные необходимостью заглатывать постоянно увеличивающиеся объемы воды и вдыхать достаточно кислорода при всплытии для восполнения затрат на рывок — накладывают жесткие ограничения на их размер, несмотря на все преимущества питания способом фильтрации при больших габаритах.
Отступим на шаг назад и посмотрим, что нам известно о факторах, способствовавших экстремальным размерам китов на протяжении всей их истории. Во-первых, такое анатомическое новшество, как китовый ус, появившееся около 30–25 млн лет назад, могло повысить физиологическую эффективность его первых обладателей. Однако, что касается размеров тела, это не был прорыв — первые усатые киты были ненамного больше своих зубатых предшественников. А как насчет других нововведений, особенно анатомических, таких как вентральные складки и орган чувств на подбородке? Все анатомические механизмы, которые кажутся столь важными для полосатиков, — набор эволюционных приспособлений, от новых органов до нервов-струн в горловом мешке, — вероятно, появились в конце миоцена (во времена Серро-Баллены). Они кажутся необходимыми в том смысле, что все они (как и наличие китового уса) нужны для того, чтобы быть синим китом, однако гигантизм из них не следует. Возвращаясь к предыдущей мысли: если гигантизм у китов и у других существ не объясняется исключительно внутренними факторами, тогда что там насчет внешних причин?
