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

— Да, — ответил он, отхлебнув пену с пива, которое мы хорошенько растрясли по дороге. — Как ласты, благодаря которым горбачи могут развернуться на пятачке.

Крылья буревестника и ласты горбатого кита обязаны сходством функций силе естественного отбора, которая создала одно и то же решение из разных начальных точек — в данном случае создала из передних конечностей крылья и ласты у морских птиц и китов для перемещения в совершенно разных мирах.

С вершины скалы нам была видна китобойная станция, расположенная в конце Хваль-фьорда — длинного фьорда, впадающего в Северную Атлантику. Исландское Hvalfjörður означает «китовый фьорд». Местные жители уверяли меня, что названию много веков и, скорее всего, оно появилось благодаря заблудившемуся киту, который здесь проплывал или которого вынесло на берег. Станцию построили после Второй мировой, во время войны узкий вход в фьорд и глубокие бухты стали для конвоев торговых судов и военных кораблей союзников идеальным убежищем от рыскавших в Северной Атлантике немецких подводных лодок. Я не представлял себе, насколько маленькими покажутся с этой высоты китобойные лодки, а судить об их размерах по изменчивым волнам сложно. Джереми, наконец, заметил крошечный силуэт лодки на фоне яркого света. Судя по заметной струе за кормой, охота была успешной. Мы быстро допили пиво и побежали вниз по склону. Дома мы переоделись, сели в машину и поехали к станции.

В Исландию нас обоих привели киты, но нас объединяло еще одно совпадение: у нас был один и тот же научный руководитель Боб Шедвик — Джереми тогда заканчивал докторскую, я был постдоком. Боб занимается сравнительной физиологией, он словно инженер, изучающий биологический мир. Его цель — понять внутреннее устройство животных: как бьется сердце, расширяются легкие и сокращаются мышцы-пружины ног, то есть механические процессы, которые позволяют животным жить, дышать и двигаться [198] Steven Vogel, Life's Devices: The Physical World of Animals and Plants (Princeton University Press, 1988). . Еще когда я учился в Беркли, мы втроем опубликовали статью, в которой связали нашу работу по челюстям кита с данными маячков. Мы смоделировали объем заглатываемой финвалом воды, используя размеры челюстей для количественной оценки затрат энергии на один рывок [199] Jeremy A. Goldbogen, Nicholas D. Pyenson, and Robert E. Shadwick, «Big Gulps Require High Drag for Fin Whale Lunge Feeding», Marine Ecology Progress Series 349 (2007): 289–301. . Затем мы наложили эти оценки на данные по времени рывка, полученные от спутниковых маячков, и оказалось, что на то, чтобы сделать рывок, всплыть для вдоха и потом сделать еще рывок, требуется невероятное количество энергии. Я очень хотел расширить эту работу, объединив данные с маячков и замеры челюстей других видов полосатиков, а также взглянуть на данные об ископаемых челюстных костях, которые привели меня в аспирантуру в лаборатории Боба в Ванкувере.

Провести время с Бобом и Джереми — это значило выйти за пределы моей зоны комфорта, полной окаменелостей и осадочных пород, и целыми днями обсуждать кровоток и мышечную активность. У Боба большой опыт работы с китами: в 1980-х гг. коллега предоставил ему с командой ученых возможность изучить огромные сердца, оставшиеся от финвалов в Хваль-фьорде. Сердца китов устроены как у всех прочих млекопитающих — четыре камеры, разделенные на правую и левую, предсердия поменьше, желудочки побольше, — но они превосходят все остальные сердца по размеру. Только представьте: у крупнейших китов диаметр сердца — с заднюю покрышку сельскохозяйственного трактора [200] Размеры оценены Май Нгуеном: «How Scientists Preserved a 440-Pound Blue Whale Heart», Wired, July 2, 2017, www.wired.com/story/how-scientists-preserved-a-440-pound-blue-whale-heart/ . Вы уместитесь в нем целиком.

Киты также одни из млекопитающих-рекордсменов по соотношению объема крови к размеру тела, и объем этот поражает: тысячи литров крови [201] John M. Gosline and Robert E. Shadwick, «The Mechanical Properties of Fin Whale Arteries Are Explained by Novel Connective Tissue Designs», Journal of Experimental Biology 199, no. 4 (1996): 985–97. . У любого млекопитающего мышечные стенки сердца должны протолкнуть часть объема крови через всю кровеносную систему и вернуть его обратно. Следовательно, кровяное давление в аорте (первой магистральной трубе, идущей от сердца) является наибольшим во всей системе кровообращения. Эта волна давления, однако, резко падает, когда удар замирает, а затем возобновляется с каждым циклом работы сердца [202] Drake et al., Gray's Anatomy (2010). .

Аорта должна быть достаточно гибкой, чтобы выдержать резкие и регулярные изменения давления и не лопнуть. Чем больше млекопитающее, тем толще стенка аорты и больше ее диаметр. При этом отношение толщины стенок к диаметру остается неизменным у всех млекопитающих, от мышей до слонов, и киты здесь не исключение. У большинства млекопитающих дуга аорты эластична благодаря белку под названием эластин. Однако Боб и его коллеги обнаружили, что в аортах гигантских китов есть нечто большее: уникальная решетка из коллагеновых пластин обеспечивает аорте дополнительную гибкость на микроуровне, чтобы выдерживать кровяное давление непосредственно на выходе из сердца [203] Gosline and Shadwick, «Mechanical Properties of Fin Whale Arteries». .

На каждый установленный факт анатомии кита приходятся десятки загадок, которые предстоит разгадать. Никто никогда не записывал сердцебиение кита в природе [204] Eric A. Wahrenbrock et al., «Respiration and Metabolism in Two Baleen Whale Calves», Marine Fisheries Review 36, no. 4 (1974): 3–8. . Мы не знаем, насколько быстрее или медленнее бьется сердце обычного кита, например синего, когда он ныряет, кормится или спит. И не только сердце представляет для нас интерес: влияние гигантизма на работу других органов делает китов важными объектами научного исследования. Нас ждет еще много неожиданностей.

К 2009 г. Бобу удалось добиться приглашения для всей своей лаборатории на работу на китобойной станции в Хваль-фьорде во время летнего китобойного сезона. Для нас с Джереми это был шанс изучить челюсти кита, как Боб изучал сердце, и найти ответ на похожий вопрос: как они работают с точки зрения биомеханики? Несколько месяцев мы потратили на исследования, тщательно их планируя и опираясь на то, что уже было известно об анатомии гигантских китов. Для начала мы хотели досконально разобраться во всем, что относится к механике питания кита: как он открывает и закрывает челюсти; как сокращаются мышцы головы, соединяющие и обвивающие челюсти; как устроено наслоение мышц под толстыми бороздками, позволяющее горловому мешку раскрываться, словно парашют; почему гибкий, но плотно закрывающийся челюстной сустав, похоже, открывается на 90 градусов, но не больше [205] Paul F. Brodie, «Feeding Mechanics of Rorquals Balaenoptera sp»., in Adaptations of Tetrapods to Life in Water (München, Germany: Verlag, 2001), pp. 345–52. . Каждый из этих вопросов требовал контролируемого изучения и препарирования животного размером с автобус. Имея дело только с выброшенными на берег мертвыми тушами, найти ответы было невозможно.