Ник Пайенсон - Наблюдая за китами [Прошлое, настоящее и будущее загадочных гигантов]

Взять череп дельфина-афалины, который спокойно умещается на письменном столе, хотя чтобы аккуратно перенести его, все-таки понадобятся две руки [56] James G. Mead and R. Ewan Fordyce, «The Therian Skull: A Lexicon with Emphasis on the Odontocetes», Smithsonian Contributions to Zoology 627 (2009): 1–248. . Он состоит из двух основных частей: веслообразный клюв, образованный удлиненными костями с рядами зубов-карандашей, и черепная коробка, состоящая из слоистых костей, покрывающих шарообразное вместилище головного мозга. Кстати о зубах: у афалины нет традиционного для млекопитающих набора резцов, клыков, премоляров и моляров. В какой-то момент эволюционной истории зубатые киты отказались от жевания, а стали просто хватать добычу и глотать ее целиком. Афалины, может, и сверкают белозубой улыбкой, но я бы не советовал совать им в рот пальцы.

Переходим от клюва к остальной части черепа. Следующий признак — строение орбиты, кость нависает над глазом, как тяжелая бровь, все еще очень похоже на других млекопитающих. Но позади орбит начинают встречаться различия. Во-первых, есть отверстие, которое ведет к дыхалу, то есть к ноздрям. Если проследить взглядом изогнутый проход, образованный носовыми костями, до нижней стороны черепа, то можно увидеть конструкцию из тонких, как бумага, костей, сложенных как оригами. Кости, ведущие к дыхалу, находятся позади глаз — полная противоположность всем остальным млекопитающим, у которых ноздри расположены на кончике морды. Будь ваши ноздри расположены так же, как у дельфина, вы сморкались бы из макушки.

У пакицета и майацета ноздри располагались на самом кончике морды, у других ископаемых китов они постепенно сдвигались назад, и у современного дельфина-афалины оказались далеко позади глаз. Интересно, что ноздри сместились не только у китов: у морских коров и ламантинов, которые тоже живут полностью в воде, ноздри расположены высоко на черепе (хотя и не за глазами), в то время как у их вымерших родственников эти отверстия сдвинуты вперед [57] Domning, 2017. .

Эта параллельная миграция ноздрей позволяет водным млекопитающим, таким как киты и морские коровы, экономить энергию, располагая тело в воде горизонтально и не высовывая нос из воды по-собачьи. Но горизонтальное плавание — лишь одна из причин, по которым череп афалины такой странный.

Если смотреть сбоку, то верхняя часть черепа афалины имеет форму совка — представьте, что ваш лоб был бы вогнутым, как чаша. У живого дельфина эта полость содержит жировое образование под названием мелон, который и придает лбу зубатых китов форму купола. За мелоном и ниже дыхала находятся пустые мешки: воздушные пазухи, основанные на мышцах и заканчивающиеся органом, похожим на пару губ. Этими губами дельфин дует, как трубач, они издают звук, который отражается от внутренней части головы, а затем мелон фокусирует его в виде высокочастотного звукового луча, исходящего из лба дельфина, как луч прожектора [58] Whitlow W. L. Au, The Sonar of Dolphins (Springer Science & Business Media, 2012). .

Координируя этот процесс через специализированный набор органов генерации звука, зубатые киты создают своего рода биологический сонар — или эхолокатор, — чтобы «видеть» под водой при помощи звука. Все современные виды зубатых китов обладают эхолокацией, будь то кашалоты, клюворылы, речные дельфины, морские свиньи или настоящие дельфины. Именно так они ориентируются в пространстве и находят добычу в мутных реках или глубинах океана, порой на глубине километра или двух, в кромешной тьме. Эхолокация всего несколько раз появлялась у позвоночных животных; зубатые киты — единственные животные, которые используют ее под водой [59] David R. Lindberg and Nicholas D. Pyenson, «Things That Go Bump in the Night: Evolutionary Interactions Between Cephalopods and Cetaceans in the Tertiary», Lethaia 40 (2007): 335–43. .

Однако издать высокочастотный звук — это только половина дела. Отражающийся от объектов звук производит эхо, которое еще нужно услышать. (Классические чириканье и писк дельфинов — это звуки, которыми они общаются друг с другом на более низких частотах.) Мы не можем направленно слышать под водой, а киты могут, потому что их ушные кости плавают в полых карманах. Ушные кости дельфина висят в пазухе, заполненной губчатой тканью, которая акустически изолирует каждое ухо, позволяя мозгу обнаруживать небольшие различия во времени поступления звука между правым и левым ухом и точно определять источник звука в трехмерном пространстве [60] Kenneth S. Norris and George W. Harvey, «Sound Transmission in the Porpoise Head», Journal of the Acoustical Society of America 56 (1974): 659–64; Ted Cranford et al., «Functional Morphology and Homology in the Odontocete Nasal Complex: Implications for Sound Generation», Journal of Morphology 228 (1996): 223–85. . Киты умеют так слышать со времен амбулоцета [61] Sirpa Nummela et al., «Eocene Evolution of Whale Hearing», Nature 430 (2004): 776–78. «Eocene Evolution of Whale Hearing», Nature 430 (2004): 776–78. .

Но как звук достигает ушных костей, особенно если у кита нет наружных ушей? Жир хорошо проводит звук, а, помимо мелона, у зубатых китов есть скопления жира, которые аккуратно помещены в углублениях в задней части челюстей, затем их ответвления непосредственно соединяются с костями уха. Подобно нашим слуховым проходам, эти жировые тела проводят звук, хотя исследователи все еще спорят, нет ли в голове китов других акустических путей: чтобы проверить анатомические основы эхолокации, нужны изощренные эксперименты, а подступиться к этим животным непросто [62] W. W. Au, «History of Dolphin Biosonar Research», Acoustics Today (Fall 2015): 10–17. . Знаменитая особенность зубатых китов была плохо изучена до конца 1950-х гг., когда ученые при поддержке специалистов ВМФ США провели простой эксперимент: они залепили глаза дельфину, и оказалось, что тот все равно перемещался по лабиринту и находил мелкие объекты [63] Kenneth S. Norris et al., «An Experimental Demonstration of Echo-Location Behavior in the Porpoise, Tursiops truncatus (Montagu)», Biological Bulletin 120 (1961): 163–76. .

Мы до сих пор мало знаем о том, как на самом деле работает эхолокация у зубатых китов, особенно на воле. Локатор китов превосходит лучшие военные технологии, и по-настоящему мы только-только начинаем понимать основы его работы. У разных видов китов имеются большие различия в расположении воздушных мешков, форме мелона и даже ушных костей [64] Megan F. McKenna et al., «Morphology of the Odontocete Melon and Its Implications for Acoustic Function», Marine Mammal Science 28 (2012): 690–713. . Как все эти отличия влияют на частоту звука, как его воспринимают киты — загадка, о которой, надеюсь, еще напишут диссертации. Однако даже быстрый взгляд на череп дельфина показывает, как эволюция то обновляет или изменяет существующие части — например, помещает ноздри позади глаз, то создает совершенно новые структуры — например, эхолокатор на лбу. Вопрос, как именно возникают эволюционные новшества, остается одним из самых важных вопросов современной биологии [65] Neil Shubin et al., «Deep Homology and the Origins of Evolutionary Novelty», Nature 457 (2009): 818–23. .