Прямые предки китообразных и ластоногих. Происхождение китообразных. Новые доказательства родственных связей бегемотов и китов

Как киты пришли в океан?

Так в представлении палеонтологов выглядит амбулоцетус, один из первых китов. Вернее – существо, которое является «звеном в эволюционной цепи», соединяющее наземных млекопитающих начала кайнозойской эры и современных китообразных: синих, серых и горбатых китов, кашалотов, нарвалов, касаток и дельфинов – всего примерно 40 родов и 80 видов животных, бороздящих просторы Мирового океана.

Эволюционная история китов как одного из самых специализированных отрядов млекопитающих, для биологов, оставалась загадкой даже в XX в. Когда, в 1945 г., Дж.Симпсон составлял систему эволюционных отношений между млекопитающими, на основе имеющихся на тот момент палеонтологических данных, отметил что о китообразных имеются очень скудные данные и поместил этот отряд независимо от других, связав его историю лишь с общим гипотетическим предком плацентарных.

По истечению двух десятилетий палеонтологи нашли большое количество остатков древних китов и их предков, которые относились к эоценовому периоду (55–34 млн лет назад). Это время когда древние киты (археоцеты – Archaeoceti) только начали "входить" в воду. Кости китообразных находили в более поздних олигоценовых (34–24 млн лет назад) слоях. Тогда происходило становление уже двух современных подотрядов этой группы – зубатых и усатых китов. Проведенная переоценка родственных отношений между живущими отрядами млекопитающих, основанная на сходстве белков иммунной системы, показала что киты ближе всего к парнокопытным (оленям и быкам, жирафамы и бегемотам).

На палеонтологическом уровне такая связь могла быть предположительно подтверждена на основе изучения остатков разных представителей древнего (и полностью вымершего) отряда кондиляртр (Condylarthra) – предполагаемых общих предков копытных, хоботных и китообразных. Было обнаружено явное сходство между трехвершинными зубами вновь открытых ископаемых китов и группы хищных кондиляртр – мезонихий (Mesonychia). Также было обнаружено сходство между зубными характеристиками парнокопытных и другой, очень близкой к мезонихиям, группы кондиляртр – арктоционов (Arctocyonids). Исследователи, проводившие эту работу, пришли к выводу, что китообразные произошли от плотоядных, напоминавших своим обликом волков мезонихий, а те, в свою очередь, имели общего предка с парнокопытными (схема А)

По прошествии десятка лет палеонтологи, во время экспедиции американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) в Пакистане, получили дополнительный материал. Они искали остатки эоценовых наземных млекопитающих в местах где они уже находились, но им попадались только морские организмы. Около 50 млн лет назад в этом районе проходила, меняющаяся со временем, береговая линия древнего моря Тетис, которое разделяло на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку. Среди остатков рыб и моллюсков палеонтологами были найдены два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. В то же время в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного.

Спустя два года в Северном Пакистане экспедицией Джинджериша была обнаружена еще одна странная находка. Это был кусок черепа странного создания размером с волка. Рядом были обнаружены остатки других млекопитающих, на этот раз наземных, живших около 50 млн лет назад. Однако череп найденного неизвестного зверя имел черты, напоминавшие некоторые детали строения слуховой системы современных китообразных.

В водной и воздушной среде звуковые волны распространяются по-разному. У китов которые живут в наше время нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла – особое костное образование, изолированное пазухами. Булла в черепе неизвестного животного, открытого Джинджеришем, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Выходило, что это существо – его назвали по месту находки пакицетусом (Pakicetus) – могло быть одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. В то же время можно было предполагать, что загадочный зверь имел и обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху, – на земле он пока проводил никак не меньше времени, чем в воде.

Примерно в то же время другая группа палеонтологов также обнаружила остатки этого животного, а именно фрагмент нижней челюсти и несколько отдельных зубов. Их строение вполне подтверждало связь пакицетуса с мезонихидами, чьи остатки, кстати, были известны примерно из той же местности и тех же временных слоев. Так что все, казалось бы, становилось на свои места: мезонихиды или их близкие родственники действительно «могли претендовать» на роль предков первых китообразных.

В эоцене море было очень благоприятным для заселения млекопитающими. Теплые заливы Тетиса кишели рыбой, обещая сытную жизнь, а ниша крупных морских хищников оказалась относительно свободной. Хотя акулы и крокодилы продолжали чувствовать себя очень неплохо, многочисленные в мезозое водные пресмыкающиеся – плезиозавры, мозазавры и им подобные – теперь исчезли из морских просторов.

Соотношение суши и моря 50 млн лет назад

Но вскоре проводить дальнейшие изыскания в Пакистане стало невозможно – в 1983 г. началась война в Афганистане и весь регион превратился в «горячую точку». Увлекшийся поисками китов Джинджериш переносит работы в Египет, в пустынную долину в 95 милях к юго-западу от Каира – долину Зеуглодона, названную так в честь сделанных здесь в начале XX в. находок архаичных китов зеуглодонов (Zeuglodon). В эоцене большая часть Египта, как и Пакистана, была дном моря Тетис – ныне же остатки животных, бороздивших его воды, лежат вмурованными в песчаник. После нескольких полевых сезонов Джинджериш с командой обнаружил тонкие задние конечности, принадлежавшие 18-метровой «морской змее» – древнему киту базилозавру (Basilosaurus).

Находки базилозавров – животных, ведших, без сомнения, исключительно водный образ жизни и никогда не выходивших на сушу, были известны и ранее. Базилозавры плавали в древних морях примерно 40–37 млн лет назад. Но вот про наличие у них задних ног никто ничего не знал потому, что находили только отдельные части бедренных костей, которые палеонтологи считали рудиментарными. Джинджериш показал, что у базилозавров были ноги! Правда, совсем маленькие – менее полуметра. Использовались ли они как-нибудь или просто были рудиментами, непонятно. Вряд ли они могли сильно помочь при плавании и уж точно не могли быть использованы для выхода на сушу. Было высказано предположение, что огромные змеевидные базилозавры могли использовать их для брачных объятий, удерживая друг друга в колышащихся волнах. Важно, что спустя 10 млн лет после пакицетуса некоторые из древних китов все еще имели конечности. Между этими существами оказалось возможным провести, хотя и предположительно, связь. «Киты с ногами» оказались реальностью.

Очень важное открытие было сделано в 1992 г. Команда американца Ханса Тьюиссена (Hans Thweissen) открыла в Северном Пакистане, в слоях возрастом около 48 млн лет, почти полный скелет «переходного звена» между современными китами и их наземными предками. Большие веслообразные ступни и мощный хвост животного говорил о том, что оно было хорошим пловцом, а крепкие кости ног и подвижные локтевые и запястные суставы – о том, что оно неплохо передвигалось и по суше. «Переходное звено» получило название амбулоцетуса (Ambulocetus natans), «ходящего и плавающего кита».

А еще позже Тьюиссену, Джиндеришу и другим палеонтологам удалось найти окаменелости, позволявшие восстановить последовательные стадии перехода китов от околоводного к океаническому образу жизни. Были найдены остатки длинномордых ремингтоноцетид (Remingtonocetids, например кутхицетуса – Kutchicetus) и протоцетид (Protocetids, например родоцетуса – Rodhocetus), также произошедших от каких-то «пакицетоподобных» предков на берегах Тетиса. От протоцетид произошли уже вполне «дельфинообразные» дорудоны (Dorudon) – возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара.

На протяжении следующего за эоценом олигоценового периода уровень моря понизился. «Прото-Индия» соединилась с Азией (результатом этого «столкновения» стало возникновение Гималаев), а Австралия и Антарктида удалились друг от друга, в результате чего образовалось широкое свободное кольцо морей в Южном полушарии. Возникло южное циркумполярное течение, начал образовываться ледяной панцирь. Это создавало новые условия для живущих в морях млекопитающих, что, по мнению ряда специалистов, и привело к возникновению современных подотрядов – усатых и зубатых китов. Наиболее древней известной переходной формой между ними и древними археоцетами является Llanocetus, первичный усатый кит, найденный в антарктических отложениях возрастом около 34 млн лет. Судя по всему, он вполне мог питаться крилем. Зубатые же киты, по мнению специалистов, возникли примерно в то же время, развивая способности к эхолокации, которая позволяла активно охотиться в глубине.

К сожалению, находки остатков первых представителей двух современных отрядов крайне редки. Понижение уровня моря в олигоцене осушило прибрежные районы, которые могли содержать эти остатки, и они подверглись разрушению. Но раскопки в более поздних слоях показывают, что немного времени спустя, 30 млн лет назад, настоящие усатые и зубатые киты были представлены несколькими семействами.

Находки же более древних археоцетов и их предков позволяли восстанавливать и пути перехода китообразных к постоянной жизни к океане.

Как было сказано, уже пакицетус имел определенные преобразования в слуховой системе, характерные для китов. Тьюиссен предположил, что он мог пользоваться ими, чтобы воспринимать звуки, распространяющиеся в грунте. Будучи засадным хищником, поджидающим жертву в воде, он мог слышать шаги возможной добычи, приближавшейся к водопою. Вполне возможно, также поступал и амбулоцетус, в челюсти которого уже имелось начало характерного для китов канала, проводящего звук к уху. Положив нижнюю челюсть на грунт – как это делают крокодилы – амбулоцетус «лоцировал» передвижение по берегу своих потенциальных жертв.

Луо (Zhe-Xi Luo) – палеонтолог, сотрудник Музея естественной истории в Питтсбурге, показал, что у базилозавров и дорудонтов – первых полностью водных китов – слуховая система по строению была уже достаточно близка к слуховой системе современных китов. Позже эволюция двух групп – зубатых и усатых китов – пошла разными путями. Первые развили особенности, необходимые для произведения и восприятия высокочастотных звуков, используемых при эхолокации, а вторые «специализировались» на низкочастотных акустических сигналах, позволявших общаться друг с другом на больших расстояниях. Около 28 млн лет назад ранние зубатые киты уже имели некоторые из костных структур, необходимых для восприятия высокочастотных звуков и, соответственно, определенную способность к эхолокации.

Другие важные изменения черепа в процессе эволюции китообразных включали перемещение глазниц с верхнего (как у крокодилов) положения у пакицетуса и амбулоцетуса на бока головы, как у протоцетид и современных китов. Ноздри сместились с вершины морды у пакицетуса на вершину головы (дыхало) у современных китов. Зубы стали простыми и однообразными – приспособленными только для удержания, а не разжевывания добычи. У усатых же китов они исчезли совсем; их «китовый ус» – роговые пластины, с зубами никак не связаны.

Анализ изотопного состава атомов кислорода, присутствующих в зубах ископаемых китов, позволяет делать заключения о том, жили ли они в пресной или морской воде – во второй присутствует большая доля изотопа 18О. Получилось, что организм пакицетусов получал только пресную воду, амбулоцетусы могли жить как в пресных, так и в соленых водоемах, а протоцетиды были уже настоящими морскими животными.

Одна из наиболее важных адаптаций, характерных для китов, – их способность производить вертикальные удары хвостом, обеспечивающие быстрое плавание. Строение тазового пояса амбулоцетуса еще позволяло животному поддерживать свой вес при передвижении по суше, хотя непропорционально большие задние конечности этого животного и веслообразные ступни делали такое передвижение затруднительным. Но такие конечности очень неплохо подходили для гребли при передвижении в воде. У родоцетуса, представителя протоцетид, кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, – наподобие современных ушастых тюленей.

Базилозавры и дорудонтиды были, как уже сказано, полностью водными созданиями. Как у современных китов, плечо у них оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Задние ноги и тазовые кости были маленькими и слабыми. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн лет, еще имелись неплохо сформированные ноги.

В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.

Итак, серия палеонтологических открытий 70–90-х гг. XX в. позволила проследить основные этапы эволюционного становления китов на их пути от наземных к исключительно водным животным. Однако вопрос об их более далеких предках продолжал – да и продолжает – оставаться открытым. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих – представителей разных отрядов – позволил исследователям вновь говорить о высокой степени родства китов и парнокопытных. В то время как мезонихиды с их неясным систематическим положением оказывались вроде бы и ни при чем… Другие анализы показали большое сходство китов с отдельной и весьма специфической, надо сказать, группой парнокопытных – бегемотами (схемы Б, В).

Скелеты современных китов и их предков

Палеонтологи сначала весьма отрицательно отнеслись к подобной интерпретации результатов анализа ДНК – в конце концов, речь шла о сравнении ныне живущих животных, ДНК пакицетуса и амбулоцетуса, само собой, не сохранилась. Мезонихиды же очень подходили на роль предков китов – они отличались «подходящими» морфологическими признаками, и их остатки встречались именно в тех регионах и в тех слоях, где и когда должно было начаться становление китообразных. А вот остатков древних парнокопытных, подтверждавших бы предположения молекулярных биологов, не было.

Ключом к решению проблемы могла бы стать находка принадлежавшей кому-то из древних (еще выходивших на сушу) предков китов так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки. У всех парнокопытных таранная кость имеет очень характерную форму с выемкой-шкивом на обоих концах. Собственно, это и есть один из ключевых признаков отряда.

Таранная кость представителя мезонихид (1), современного парнокопытного (2) и вновь открытого представителя протоцетид – Rodhocetus astralagus (3). Стрелкой показано положение таранной кости на конечности родоцетуса

Осенью 2001 г. Джинджериш сообщил об открытии в восточной части Белуджистана еще одного вида родоцетуса – Rodhocetus astralagus – и новой формы протоцетид – артиоцетуса (Artiocetus). А Тьюиссен и его коллеги в то же время откопали в Пенджабе скелет пакицетуса (ранее был известен только череп) и скелет еще одного зверя, близкого к пакицетусу (Ichtyolests). И все вновь найденные скелеты имели таранную кость характерной для парнокопытных формы. Получалось, что мезонихиды, у которых эта кость была другой формы, действительно не имели отношения к возникновению китов? Их остатки просто оказались «в нужное время и в нужном месте»? Но какие же парнокопытные дали тогда начало китообразным? Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже. Среди же их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды.

Впрочем, надо заметить, что и само происхождение парнокопытных остается неясным. Может быть, мезонихиды – самостоятельная ветвь этого отряда (а не отряда кондиляртр), утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Тогда они вполне могут иметь общих предков с китообразными. Сейчас существует и такая гипотеза (схема Г). Споры продолжаются, и большинство ученых сходятся на мысли, что загадка самых первых предков китов еще неразгадана. Необходимы новые палеонтологические находки.

По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002

Как сегодня известно палеонтологам, все ранние киты были хищниками с острыми зубами, такими как у современных дельфинов и касаток. Но в какой-то момент в процессе эволюции предки усатых китов стали «миролюбивыми» и заменили зубы роговыми пластинками, которые отфильтровывают пищу из морской воды, как гигантское сито. Но такое важное изменение в образе жизни китов не могло произойти в одночасье. Как именно это происходило, до недавнего времени ученым было не совсем понятно, и пролить свет на этот процесс помогла новая находка ископаемых китовых останков в пустыне в Перу.

Киты - вторичные морские животные. Это значит, что их далекие предки когда-то вышли на сушу, а потом снова вернулись в океан. Самый древний предок китов, известный сегодня, - найденный в Пакистане пакицет , живший 48 млн лет назад. Он был еще полностью сухопутным млекопитающим. В новой работе палеонтологи исследовали останки кита, найденные в перуанской пустыне и датируемые возрастом 36 млн лет. Вид получил название Mystacodon selenensis . Он был длиной около четырех метров и имел зубы. Строение тела Mystacodon таково, что позволяет отнести его к переходной форме от зубатых китов, сохранивших еще признаки своих сухопутных предков, к беззубым (усатым) китам.

Так, строение бедренной кости у найденного животного указывает на наличие у него крошечных задних ног, оставшихся от четвероногих земных предков китов. Это было большим сюрпризом для ученых, так как показало, что полная потеря конечностей заняла у китов немного больше времени, чем считалось. Ученые предполагали , что киты потеряли конечности 41 млн лет назад, и значит, их, скорее всего, потерял их общий предок. А теперь получается - 36 млн лет назад, на пять млн лет позже. Это значит, что усатые и зубатые киты начали свою эволюцию с задними лапами и постепенно избавились от них независимо друг от друга.

Кроме этого Mystacodon уже начал приобретать современные черты китов: его голова была сплющена, как и у современных усачей. У самых ранних китов суставы в передних плавниках были похожи на локти, которые гнулись, - наследство времени, когда эти плавники были ногами. Mystacodon , как и современные киты, уже не мог сгибать и разгибать эти суставы.

Изнашивание зубов древнего кита показало, что он скорее уже всасывал добычу, а не раздирал и жевал ее. И это уже было важным шагом к переходу к фильтрованию еды и полной потере зубов.

Как говорят ученые, скелет Mystacodon selenensis имеет черты, которые определяют его как первого усатого кита, появившегося после раскола древней группы китов -

Киты - морские млекопитающие из отряда китообразных, не относящиеся ни к дельфинам, ни к морским свиньям. В переводе с греческого кит - "морское чудовище". Имеют самые большие размеры среди животных, в частности, синий кит достигает в длину 33 метров

Китообразных принято делить на три подотряда - усатые киты (Mysticeti), питающиеся планктоном, зубатые киты (Odontoceti), охотящиеся на рыб и кальмаров и древние киты (Archaeoceti), в настоящее время вымершая группа, которая, собственно, и поможет нам как-то понять процесс преобразования сухопутного млекопитающего в морское. Которое, вернувшись в воду, по- прежнему дышит атмосферным воздухом и при плавании изгибает тело в вертикальной плоскости, подобно бегущему земному зверю, в то время как рыбы изгибают его в горизонтальной плоскости.

В 1693 году английский натуралист Джон Рэй (1627 - 1705 г.г.) доказал, что кит не рыба, а млекопитающее. И положил начало жарким дебатам креационистов, старающихся показать смехотворность теории эволюции в отношении китов, и биологов, пытающихся в палеонтологических находках останков древних китов увидеть путь, по которому шло превращение наземных животных в сугубо морских. Познание никогда не бывает движением прямолинейным (а хотелось бы!). Часто приходится описывать сложную траекторию, выдвигая идеи, собирая факты, отвергая гипотезу и вновь возвращаясь к началу поиска. Так шло дело и с китами.

Масла в огонь полемики плеснул и великий Дарвин, в одной из своих работ по теории эволюции упомянув для примера (!), что киты, в принципе, могли произойти и от медведей, плававших с открытой пастью и собирая таким образом рыбу. Сказанная вскользь фраза не осталась незамеченной оппонентами и была истолкована по-своему, как прямое указание на родство по принципу предок - потомок медведей и китов. Попытки автора указать на искажение его мысли успехом не увенчались и долго еще противники теории эволюции всласть тешились над вырванной из контекста фразой натуралиста.

Палеонтологические находки предполагаемых древних родственников китов, археоцетов , привели исследователей в замешательство бесконечным разнообразием их форм и возможностей. Фантазия Природы оказалась куда богаче таковой у биологов, которые, конечно, полагали, что предок кита бегал на четырех лапах вдоль кромки прибоя, но чтобы такое... Это были не просто тюленеобразные земноводные прото-киты, они включали скачущие оленеподобные формы, крупных хищников, похожих на крокодилов, маленькие длиннохвостые существа, напоминающие гигантских выхухолей, огромных тюленей и формы, отрастившие хоботки, наподобие тапира... Стало очевидным, что превращение, выражаясь фигурально, кота в кита - дело не одной минуты и не одной ветви и Природе пришлось изрядно поработать, экспериментируя методом проб и ошибок.

Ситуация осложняется тем, что археологи редко находят полные скелеты ископаемых животных, в основном они представлены фрагментарно, часто в виде обломка черепа или нескольких разрозненных костей, или куска челюсти. Понятно, что есть специальные методы восстановления облика животного, но когда в руках реставратора только верхняя челюсть, трудно понять, что там было с хвостом. Иногда такие экземпляры годами пылятся в хранилищах и только спустя длительное время становится ясным, какие бесценные сокровища они в себе хранят.

Окончательного мнения по поводу предка древних китов наука пока не составила, но научные знания в этой области постоянно пополняются. И особенно с совершенствованием методов исследования и последними находками палеонтологов. Удалось очертить круг ближайших родственников древних китов (не предков!), выделить сестринские линии от общего предка. Современные открытия в биохимии позволяют определять родство групп живых организмов по степени сходства и различия в строении белков и ДНК. В отношении китов результат подобных исследований был неожиданным: медведи были изгнаны из кандидатов в предки раз и навсегда, а близкими к гигантам оказались банальные парнокопытные.

Долгое время полагали, что киты ведут свою родословную от хищных мезонихид - плотоядных млекопитающих, происходящих от всеядных форм ранних копытных. Но исследование костей ног ранних китообразных установило их несомненное родство с парнокопытными. В ископаемых образцах невозможно выделить ДНК, не годятся и поиски по принципу "кто на кого похож", должна быть найдена некая особенность в строении, которую киты сохранили от своих древних сухопутных предков. И она нашлась - особое строение внутреннего уха. Из обрывочных сведений и фактов сложилась мозаика, в которой центральную часть занимало некое существо, заочно предсказанное и частично нарисованное учеными, но пока не обнаруженное палеонтологами.

Индохиус. Родственник, не предок

И вот он - Случай в науке. Ведущий специалист по происхождению и эволюции китообразных, профессор медицинского колледжа Северо- восточного университета штата Огайо Ханс Тевиссен (Hans Thewissen) исследуя образцы, переданные ему вдовой индийского геолога Ранга Рао, обнаружил, что один из черепов при препарировании был случайно поврежден и в отверстии были хорошо видны те самые типичные особенности строения внутреннего уха, так характерные для китов. Рао обнаружил останки этого существа, названного индохиусом ("свинья Индии") еще 30 лет назад и все это время оно находилось в руках специалистов, которые его отчаянно искали.

Животное, найденное на территории Кашмира в Индии, было размером с кошку и походило на современного африканского водяного оленька, только с длинным хвостом. Возраст находки оценили в 48 млн лет. Индохиус (Indohyus) относится к семейству Raoellidae - примитивных парнокопытных. Его считают представителем сестринской группы по отношению к ранним китообразным. У животного присутствуют признаки, указывающие на адаптацию к водному образу жизни, в частности, он прятался в воде во время опасности, но кормился, большей частью, на суше. Индохиус - самый близкий родственник древнейших китообразных. Древнейшие китообразные не были похожи на китов, они напоминали помесь свиньи и волка.

В эоцене (около 50 млн лет назад) менее чем за 10 млн лет киты превратились из существ со скелетом наземного четвероногого в полноценного обитателя моря . В то время у них не было конкурентов в морской среде - акулы были мелкими, ластоногие хищники появились позднее, в олигоцене.

Удивительные превращения

Ранние киты могли свободно занимать вакантные места и скорость накопления новых признаков была больше, чем в условиях жесткой конкуренции. А нового было много! Нос превратился в дыхало и с кончика морды поднялся на темя. Задние конечности стремительно уменьшались вплоть до полного исчезновения. Позвонки стали почти одинаковыми, отделился от позвоночника таз. Передние конечности приобрели ластообразную форму, потеряв подвижные суставы локтей и колен. Дифференцированные зубы стали одинаковыми.

Известен целый ряд китообразных ископаемых, предположительно бывших переходными ходячими китами. Так пакицетус (Pakicetus), "кит из Пакистана", был земноводным хищником, похожим на волка, предположительно с перепонками между пальцами на лапах. Много времени проводил в воде, охотясь на рыбу, но отдыхал на суше. Имел крупную и массивную голову с суженной мордой и остроконечными, похожими на акульи, зубами. Жил в вблизи мелководья, в устьях рек , низинных, увлажненных местах. Потомство производил на суше. Регулярные заходы в воду предоставляли возможность постепенной адаптации к водному образу жизни и оставляли шанс в случае необходимости вернуться на сушу.

Совершенно потрясающ Makarocetus bidens. В мифологии Макара - рыба с головой слона, или, если угодно, Козерог. Останки макароцетуса были найдены в Пакистане в 2004 году в отложениях прибрежной зоны моря Тетис. Это существо, несомненно, имело короткий мускулистый хоботок, видимо, для добывания моллюсков и иной бентосной фауны.

Вода становится роднее

Амбулоцетус (Ambulocetus) был обнаружен на месте мелководного моря. Это еще не водное существо, но уже и не исключительно сухопутный житель. Пищу он ищет целенаправленно в воде. Коротконогий, с крупными зубами, амбулоцетус был похож на помесь выдры и крокодила. Его особенностью является наличие хорошо развитых задних конечностей и таза, гибкие суставы локтей, коленей, запястий и пальцев. Кисти крупные и продолговатые, ступни большие. Пальцы ног заканчиваются копытцами. У существа был длинный хвост. Охотился как крокодил, из засады. Современная амазонская выдра - практически точный аналог амбулоцетуса, только маленький и движется она под водой за счет волнообразных изгибов всего тела.

Близкими родственниками амбулоцетусов являлись ремингтоноцетиды. Самый маленький известный эоценовый кит Kutchicetus minimus относится именно к ним. У него были короткие крепкие ноги, длинное гибкое тело и изумительно длинный хвост. При этом кутхицетусы имели странный, очень длинный, заостренный череп. Походило существо на гигантскую выхухоль.

Древние морские китообразные базилозавры (Basilosaurus) и дорудоны (Dorudon), жившие порядка 45 - 38 млн лет назад, уже больше напоминали водных обитателей - у них деградировали задние конечности, но маленькие задние лапки остались, тазовые кости не были связаны с позвоночником. Базилозавр был гигантом, длина его составляла порядка 20 метров. Это был хищник, нападавший и на небольших китов, например на дорудона, который был небольшим, около 5 метров и питался рыбой и моллюсками.

В последнее время поиски древних ископаемых китов сместились из Африки в Азию.Точку в вопросе их происхождения ставить рано - слишком много спорных моментов и вновь поступающих данных, гипотезы проверяют, подтверждают, отбрасывают или откладывают, выдвигают новые. Тем интереснее. Несомненно, биологи продолжат поиски и дискуссии, появится много удивительных фактов в столь непростом, как оказалось, процессе - создании китов. И хочется верить, что человек не уничтожит их до того, как узнает, откуда они появились.

Друзья! Мы потратили много сил на создание проекта. При копировании материала, пожалуйста, ставьте ссылку на оригинал!

За 70 миллионов лет до появления алчной голой обезьяны киты начали заселять океаны. Китообразные (лат. Cetacea) - отряд млекопитающих, полностью приспособленных к жизни в воде. В обиходе китами называют всех китообразных, кроме дельфинов и морских свиней. Китообразные являются самыми крупными из известных животных, которые когда-либо обитали на Земле. Слово cetus (греч.) означает морское чудовище. От него происходит и русское слово кит. Под кожей находится слой жировой ткани (ворвани) толщиной от 2,5 до 30 см. Этот подкожный жир защищает тело от переохлаждения, помогает удерживать в организме воду, которая иначе диффундировала бы в окружающую среду, а также является энергетическим запасом на время голодовок. Температура тела за счёт хорошей изоляции жировой прослойкой колеблется в пределах от 35 до 40 °C. По белкам иммунной системы киты ближе всего к парнокопытным (оленям, быкам, жирафам и бегемотам). Вместе с парнокопытными китообразных иногда относят к надотряду китопарнокопытных. Ключевым признаком отряда парнокопытных является таранная кость характерной формы с выемкой-шкивом на обоих концах. Ключом к решению проблемы стала находка принадлежавшей родоцетусу (Rhodocetus) – одному из древних (еще выходивших на сушу) предков китов – так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки.

Филогения китов

Скелеты современных китов и их предков

Таранная кость мезонихид, современного парнокопытного и Rhodocetus

Океаны и континенты 50 млн лет тому назад

Древний кит базилозавр

Дорудон

Предполагали, что киты произошли от группы наземных млекопитающих мезонихид, похожих на волков, но с копытами подобно коровам и оленям. Жили приблизительно 60 миллионов лет назад вокруг древнего моря Тетис, там, где теперь Средиземное море и часть Азиатского субконтинента. Мезонихиды, вероятно, охотились на рыбу и других водных животных в прибрежных болотах и эстуариях. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих – представителей разных отрядов – позволил говорить о родстве китов и парнокопытных, возможно из семейства бегемотовых. После ухода динозавров 65 млн лет назад ниши крупных растительно- и плотоядных четвероногих освободились для млекопитающих. Так вышло, что вначале оформились предки современных копытных и хоботных – кондиляртры. Вначале они не были чистыми вегетарианцами, даже успели первыми, до появления предков настоящих хищных, произвести крупных падалыциков и охотников. Этими копытными, скорее даже парнокопытными, хищниками были мезонихиды. Они породили самого крупного хищного зверя, когда-либо жившего на Земле - эндрюсарха. В отличие от некоторых своих более мелких родственников, эндрюсар имел более притуплённые зубы и, следовательно, был более всеядным - как медведи. Весил он свыше полутора тонн, превосходя современных медведей в полтора-два раза. Голова эндрюсарха была «крокодилья» – непропорционально вытянутой (до 90 см длиной и до 60 см шириной в задней части). Сама же зубастая пасть была сравнительно узкой.

Неизвестно какие парнокопытные дали начало китообразным. Происхождение парнокопытных тоже остается неясным. Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже древних китообразных. Среди их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды. Возможно, мезонихиды – самостоятельная ветвь отряда парнокопытных, утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Необходимы новые палеонтологические находки для понимания появления самых первых китов.

Некоторые палеонтологи склоняются к мнению, что древние китообразные были связаны с древнейшими насекомоядными, и, вероятно, зародились в позднемеловое время еще до ответвления от них отрядов копытных и хищных. 70 млн. лет назад наземные предки китообразных переселились в воду.
Возможно пакицетус (Pakicetus) был одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. Он одинаково чувствовал себя как на суше, так и в воде и имел обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху. Будучи засадным хищником, поджидающим жертву в воде, он мог слышать шаги возможной добычи, приближавшейся к водопою. В воде и воздухе звук распространяется по-разному. У современных китов нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла – особое костное образование, изолированное пазухами.
Базилозавры и дорудонты – первые полностью водные киты – имели слуховую систему по достаточно близкую к слуховой системе современных китов. Похожие на дельфинов дорудоны (Dorudon) – возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара. В позднем эоцене от базилозавра произошли современные киты.
Древнейшее семейство усатых китов (Cetoteriidae), включавшее не менее 20 видов, жило в олигоцене. От него ответвились три современные семейства - серые киты (Eschrichtiidae), гладкие киты (Balaenidae) и полосатиковые (Balaenopteridae). Из зубатых китов наиболее древняя группа - сквалодонты (Squalodontidae). От сквалодонтов в олигоцене и миоцене отделились 4 ныне живущих семейства: кашалоты, клюворылые, речные дельфины и морские дельфины с 3 подсемействами (дельфиновые, белуховые, морские свиньи).
Предки китов разделились на две линии – усатых и зубатых китов – около 30 миллионов лет тому назад. Они и образуют два подотряда современных китообразных. Эволюция двух групп – зубатых и усатых китов – шла разными путями. Первые развили особенности, необходимые для произведения и восприятия высокочастотных звуков, используемых при эхолокации, а вторые «специализировались» на низкочастотных акустических сигналах, позволявших общаться друг с другом на больших расстояниях. Около 28 млн лет назад ранние зубатые киты уже имели некоторые из костных структур, необходимых для восприятия высокочастотных звуков и, соответственно, определенную способность к эхолокации.
Обнаружив существенные различия подотрядов, некоторые териологии считали возможным утверждать, что усатые и зубатые киты происходят от совершенно разных предков и внешнее сходство между ними надо объяснять конвергенцией. B то же время другие исследователи, исходя из многочисленных признаков сходства в строении представителей этих групп, отстаивают точку зрения о монофилитическом происхождении (а следовательно, о параллельном, а не о конвергентном характере развития) усатых и зубатых китов.

В течение эоцена предки китов постепенно приспосабливались к жизни в море, заполняя экологическую нишу, которая освободилась после вымирания мозазавров и плезиозавров. За миллионы лет эволюции китообразные хорошо адаптировались к жизни в морях и океанах. Они приобрели обтекаемую торпедовидную форму тела, что позволяет им преодолевать сопротивление воды, которое в 800 раз больше, чем в воздухе. Утратили волосяной покров кожи, ушные раковины и задние конечности, превратившиеся в хвостовой плавник.
Передние конечности превратились в грудные, уплощенные жесткие плавники - рули высоты, поворотов, торможения и органы, обеспечивающие движение тела назад, задние атрофированы. хотя у некоторых видов обнаруживаются рудименты тазовых костей. Хвост заканчивается большим горизонтальным плавником. Они могут плавать со скоростью 50 км/час. Грудные, спинной и особенно хвостовой плавники китообразных, имеют переменную упругость, которая меняется в зависимости от скорости плавания и регулируется специфическими кровеносными сосудами.
Толстый подкожный слой жира защищает тело от переохлаждения и используется как энергетический запас во время сезонных голодовок китообразных, поэтому он сильно колеблется по сезонам года.
Скелет китов губчатый, пропитанный жиром. В позвоночнике от 41 до 98 позвонков, образующих четыре отдела: шейный (очень короткий, но всегда из семи свободных или срощенных позвонков), грудной, поясничный и хвостовой. Грудной отдел китообразных несет 10-17 пар ребер, из которых только первые 2-8 пар сочленяются с грудиной.
Верхнечелюстные, межчелюстные и нижнечелюстные кости удлинены в связи с развитием цедильного аппарата (китового уса) или многочисленных одновершинных зубов. Носовые кости уменьшены, теменные сдвинуты в бока так, что верхнезатылочная кость соприкасается с лобными. Дыхало - одно или два наружных носовых отверстия - расположено на вершине головы и открывается лишь в момент короткого дыхательного акта выдоха - вдоха, производимого сразу же после выныривания. В прохладную погоду при выдохе взлетает вверх конденсированный пар, образуя так называемый фонтан, по которому можно различить вид кита.
Вот наиболее важные изменения, которые в итоге позволили китам распространиться по всему Мировому океану:
1. Высокоразвитый головной мозг и мощная кора больших полушарий, ставшая тончайшим инструментом приспособительной деятельности и сложных поведенческих реакций в новой среде. Масса головного мозга у китообразных - наибольшая среди млекопитающих в абсолютных цифрах, достигая у кашалота 7,8-9,2 кг, но относительно массы тела она невелика. Так, у голубого кита она составляет всего 0,007 % общей массы. Головной мозг высоко дифференцирован, органы чувств развиты, хотя и не одинаково. Органы слуха сильно видоизменены. Ушная раковина отсутствует. Слуховой проход сужен и открывается позади глаза маленьким отверстием; видимо, служит отдельным чувствующим органом, воспринимающим изменение давления. Барабанная перепонка выгнута наружу (усатые киты) или внутрь (зубатые киты). Звук китообразные воспринимают через кости черепа и нижнюю челюсть, чей задний конец близко подходит к области внутреннего уха и иннервирован ветвью тройничного нерва. Строение внутреннего уха у китообразных очень сложное, с увеличенной улиткой. Звук для водных организмов - важнейший источник информации, так как в воде звуковые колебания распространяются в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Китообразные способны улавливать звуковые волны в диапазоне от 150 Гц до ультразвуковых колебаний в 120-140 кГц. Наиболее остр слух зубатых китов; у усатых китов он хуже по сравнению с наземными млекопитающими.

2. Совершенная эхолокация как главный способ пространственной ориентации в водной толще. Некоторые зубатые киты, подобно некоторым летучим мышам, способны к направленной эхолокации. У них образовался особый эхолокационный аппарат, состоящий из жировой подушки и вогнутой передней поверхности черепа, которые действуют как звуковая линза и рефлектор, концентрируя излучённые ультразвуковые сигналы и в виде звукового пучка направляя их на объект.

3. Комплекс морфофизиологических адаптаций, обеспечивший создание резервов кислорода, необходимых для продолжительного и глубинного погружения. Китообразные способны находиться под водой от 2-10 до 30-40 минут (кашалот - до 1,5 часов). Длительность погружения обеспечивают большая ёмкость лёгких и повышенное содержание миоглобина в мышцах. Кислородная ёмкость крови увеличена за счёт высокого содержания гемоглобина и повышения его концентрации в эритроцитах.
4. Комплекс преобразований в органах дыхания. Ноздри парные, щелевидные, открываются на темени. Вода не попадает в дыхательные пути ни при глотании пищи, ни при дыхании. Лёгкие однодольчатые с сильно развитой гладкой мускулатурой, позволяющей за один выдох-вдох обновлять воздух на 80-90 % (у человека только на 15 %). При всплытии на поверхность, выдыхаемый китом с силой воздух, соприкасаясь с более холодным наружным, формирует столб конденсированного пара (фонтан).

5. Прогрессивное развитие лактации и повышение энергетической ценности молока. Оно густое, обычно кремового цвета, жирностью до 54 %, с поверхностным натяжением в 30 раз больше, чем у воды, поэтому струя молока не расплывается в воде. Самки китов продуцируют в сутки от 200-1200 г (дельфины) до 90-150 л (финвал) и 200 л (синий кит) молока.

6. Перестройка органов питания. Китообразные заглатывают добычу целиком, не пережёвывая. Желудок сложный, многокамерный; способен растягиваться и вмещать до 1,5 т пищи (у синего кита). Длина кишечника превышает длину тела: от 4-5 раз (у гангского дельфина и бутылконосов) до 15-16 раз (кашалот) и даже до 32 раз (дельфин Ла-Платы).
7. Преобразование в органах передвижения.