«Синие киты и кашалоты не просто большие», – сказал Николас Пайенсон, хранитель ископаемых морских млекопитающих в Смитсоновском национальном музее естественной истории. "Они являются одними из самых крупных животных, когда-либо существовавших. Они конкурируют, а в некоторых случаях даже превосходят самых тяжелых динозавров. Это довольно впечатляюще. Но почему они не больше?"
Пайенсон сказал, что биологи в течение столетия задавались вопросом, что ограничивает размер животных. Поскольку крупнейшие живые существа на планете проводят большую часть своего времени под поверхностью океана, где их поведение трудно контролировать, идеи о том, что влияет и ограничивает их размер, были в основном спекулятивными. Но теперь международная группа ученых во главе с биологом из Стэнфордского университета Джереми Голдбогеном вместе с Пиенсоном собрала данные о сотнях кормящихся китов, что позволило им определить, сколько энергии виды различных размеров вкладывают в поимку своей добычи и какие из этих видов пожинают величайшая награда за их усилия. Их выводы, опубликованные в декабре в Интернете.
12 в журнале Science, показывают, что размер тела у всех китов ограничен доступностью их добычи, но только фильтрующие киты разработали стратегию кормления, которая вознаграждает и побуждает их достигать самых больших размеров тела, которые когда-либо существовали на Земле.
Чтобы собрать данные для своего исследования, команда из более чем двух десятков ученых разыскала и пометила китов, морских свиней и дельфинов разных размеров – от морских свиней длиной 5 футов до гигантских синих китов.
Чтобы отслеживать подводную деятельность животных, команда использовала мультисенсорные метки, которые они временно прикрепляли с помощью присосок, протягиваясь со своих лодок с длинными шестами, чтобы прикрепить их к спине животных. После установки акселерометры, датчики давления, камеры и гидрофоны в этих высокотехнологичных биржевых устройствах сообщали о движениях животных, когда они погружались для кормления. Используя гидролокаторы в окружающих водах и прошлые записи о жертве в желудках китов, ученые также оценили плотность добычи в окрестностях каждого помеченного хищника.
Команда проанализировала данные более чем 10 000 случаев кормления в водах от Гренландии до Антарктиды.
Они использовали эти данные для расчета энергетических затрат, выгод и общей отдачи от добычи пищи для каждого кита.
«Энергия – это ключевая валюта для всего живого, и мы хотели узнать, как прирост энергии соотносится с ее использованием при кормлении китов с разными размерами тела и стратегиями кормления», – сказал Голдбоген. "Отношение прироста энергии к потреблению энергии показывает эффективность кормодобывания кита и дает ключ к разгадке того, почему разные киты большие и почему они не больше."
Они обнаружили, что взаимосвязь между размером тела и энергетической отдачей зависит от того, какую стратегию кормления развил кит, чтобы использовать – был ли кит фильтрующим устройством, которое заглатывает косяки добычи и отнимает у них во рту океанскую воду или, наоборот, , зубастый охотник, индивидуально ловящий добычу.
Голубые киты, горбатые киты и другие фильтрующие киты используют во рту китовый ус – ряды гибких, похожих на волосы пластин, – чтобы отфильтровать криль и другую мелкую добычу из океанской воды.
Они ищут плотные участки своей добычи и почти всегда, как показали данные, потребляют больше калорий, чем расходуют при кормлении. Для фильтрующих китов большой размер не является препятствием для поиска пищи: синие киты, финвалы и горбатые киты, крупнейшие киты в этом исследовании, достигли большей отдачи энергии во время кормления, чем любой другой кит в исследовании.
Зубастые киты вместо этого используют эхолокацию для кормления и ограничиваются питанием одной жертвой за раз. Они также должны нырять глубже, чем другие киты, чтобы найти самую крупную и многочисленную добычу, такую как глубоководные кальмары и рыба. Немногие другие теплокровные хищники могут получить доступ к тем частям океана, где кормятся большие зубастые киты. Ниже 1000 футов, сказал Пиенсон, "внизу нет ничего, кроме всех кальмаров, которые вы можете съесть."Но кальмаров необходимо преследовать, а это, как показывают данные, требует много энергии, особенно для самых больших зубатых китов.
В некоторых случаях самые большие зубастые киты не ели достаточно еды во время погружения, чтобы компенсировать затраченную ими энергию. «Они буквально не могут съесть достаточно, чтобы получить более высокую отдачу энергии, прежде чем им придется вернуться на поверхность и дышать», – сказал Пайенсон.
Кашалоты, которые могут достигать 60 футов в длину, не только крупнее любых других зубатых китов сегодняшнего дня, но и больше, чем все их ископаемые предки. В этом есть смысл, сказал Пайенсон, потому что, исходя из относительной энергоэффективности, которую команда рассчитала для зубатых китов разного размера, «быть кашалотом сегодня – это действительно серьезный биологический предел.«Расчеты команды предполагают, что кашалоты не смогли бы найти достаточно крупных жертв кальмаров, чтобы поддерживать размер своего тела, если бы они были больше – в океане просто недостаточно крупных кальмаров, чтобы поддерживать более крупных кашалотов.
Напротив, у крупных фильтрующих китов размер тела не ограничен доступностью добычи, как у зубатых китов. Киты, питающиеся фильтром, питаются мелкой, но очень многочисленной добычей криля, которая процветает при высокой плотности популяции в течение коротких периодов времени в определенных частях мира. В результате Голдбоген, Пайенсон и его коллеги предполагают, что сезонная доступность их обильной добычи – это то, что в конечном итоге ограничивает размер современных фильтрующих океанских гигантов, таких как финвалы и синие киты.
«Крупнейшие виды усатых китов должны пожинать прирост энергии от крилевых пятен только в несколько наиболее продуктивных летних месяцев в высоких широтах», – сказал Голдбоген. «Высокоэффективные стратегии фильтрующего кормления означают, что эти киты могут накапливать жировые запасы, которые затем могут стимулировать их миграцию через океанические бассейны к местам размножения в более низких широтах, которые более скудны и дают гораздо меньше пищи."
Новое исследование подчеркивает шаткое положение, которое все киты занимают в своих экосистемах. «Вы должны задаться вопросом, насколько это опасно для китов, живущих на острие энергичного ножа», – сказал Пайенсон, особенно в условиях изменения климата, чрезмерного вылова рыбы и других угроз океанам.
«Если вы голубой кит и ваша единственная добыча – криль, и что-то вызывает сокращение популяций криля, то вы находитесь в эволюционном тупике, потому что не сможете есть достаточно, чтобы поддерживать себя», – сказал он. "Это хороший повод попытаться лучше понять эти отношения хищник-жертва."
Эти огромные размеры и сопровождающие их гигантские аппетиты – относительно новые особенности в эволюционной истории китов. В 2017 году Пиенсон, Голдбоген и другой коллега обнаружили, что предки современных китов сохраняли скромные размеры примерно до 5 миллионов лет назад, когда они эволюционировали, чтобы воспользоваться преимуществами недавно обильных, но неоднородно распределенных источников пищи.
Но 100 миллионов лет назад другие гиганты бродили по Земле – и Пиенсон сказал, что размер их тела, вероятно, также был ограничен запасами пищи. «Мы не знаем, насколько сильно стадо динозавров-зауропод грызло лес в меловой период, но они, вероятно, сделали это», – сказал он.