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.
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.
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.
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!
Тевиссеном было также обнаружено, что схожее устройство уха наблюдалось в окаменелостях небольшого, похожего на оленя животного индохиуса . Индохиус обитал около 48 млн лет назад в Кашмире . Это небольшое - размером с домашнюю кошку - травоядное животное обладало некоторыми чертами, сближающими его с китами и свидетельствующими об адаптации к водной среде. В их числе - толстая и тяжёлая костная оболочка, напоминающая костную оболочку некоторых современных полуводных животных, таких как гиппопотамы , что способствует уменьшению плавучести и как следствие, позволяет оставаться под водой. Это позволяет предположить, что индохиус , подобно современному водяному оленьку , нырял под воду, чтобы укрыться от хищника .
Ambulocetus natans. Реконструкция
Наиболее примечательным из древних китов является Амбулоцетус , известный из эоцена Пакистана . Внешне это млекопитающее походило на трёхметрового крокодила. Амбулоцетус был полуводным животным: его задние лапы лучше приспособлены для плавания, нежели для ходьбы по суше. Вероятно, он плавал, изгибая тело в вертикальной плоскости, как современные выдры , тюлени и киты . Предполагается, что амбулоцетиды охотились подобно современным крокодилам, подстерегая в засаде рыб и пришедших на водопой животных.
Все современные научные теории, объясняющие происхождение и развитие живой природы, являются эволюционными. Это значит, что любой биологический вид – будь растение или животное – имеет уходящий в далёкое прошлое вид предков. Нелегко оказалось выстроить такую «цепочку» для человека разумного, но ещё труднее – для китов и дельфинов!
Долгое время эволюционная история отряда китообразных, к которому кроме упомянутых животных принадлежат ещё кашалоты, касатки, нарвалы, оставалась «белым пятном». Ещё в 1945 г. биолог Дж. Симспон, составляя «родословную» современных животных, смог связать китообразных только с неким гипотетическим общим предком всех плацентарных – ничего более конкретного на тот момент наука об этом не знала.
Лишь во 2й половине XX века были найдены предки современных китообразных, и мы сейчас проследим их «родословную», постепенно углубляясь в прошлое.
Начнём мы со сквалодонов – зубатых китов, живших 33-14 миллионов лет назад. Они примечательны тем, что у них впервые появляется такое ценное эволюционное приобретение, как жировая подушка в мозге, дающая возможность генерировать ультразвук. Такой эхолокацией обладают все современные китообразные.
Несколько раньше – 40-36 миллионов лет назад – существовали два других вида: дорудоны и базилозавры. Существовало мнение, что дорудону – детёныши базолозавров, но в конечном итоге выяснилось, что это разные виды. Дорудоны по телосложению и способу перемещения напоминали дельфинов, но имели четыре конечности. Они уже выглядели как ласты, но плечо у дорудонов (место «креплении» конечностей к телу) было подвижным, как если бы это были лапы.
С ними сосуществовали базилозавры… не-нет, пусть не обманывает корень «завр»! К динозаврам это животное не имеет никакого отношения. Дело в том, что останки базилозавра были найдены давно – в XIX в., и их тогда ошибочно приняли за останки рептилии (ящера). Но впоследствии было доказано, что это именно млекопитающее. Это были истинные гиганты: длина тела составляла 18-27 метров! С такой длиной плохо сочетаются 60-сантиметровые задние ноги, которые могли находиться лишь в двух позициях. Это явно рудимент… значит, надо искать предка с более развитыми ногами!
Такое животное нашлось в лице родоцетуса – животного с четырьмя ногами, уже похожими на плавники и тоже не способными выдержать вес их тела. Вероятнее всего, по суше они передвигались так же, как современные тюлени.
Всё это говорит о том, что не всегда эта эволюционна линия была связана с водой, что когда-то ноги предкам этих животных были нужны, т.е. они обитали на суше.
«Недостающее звено» между наземными млекопитающими и китообразными. Это животное, обитавшее 55-34 миллиона лет назад, было названо амбулоцетус, что значит – «ходячий кит». Если бы мы с вами могли увидеть живого амбулоцетуса, он бы показался нам чем-то средним между китом и дельфином длиной примерно 3 метра, но при этом у него были четыре перепончатые лапы, а тело покрыто шерстью, точнее, её остатками. Ходить на таких лапах по суше было уже не очень удобно, хотя амбулоцетус делал и это, зато удобно было плавать, вертикально изгибая спину и хвост. Он был хищником и охотился, скорее всего, так, как это делают современные крокодилы: затаивался на дне озера, а в нужный момент выпрыгивал, хватал добычу и затаскивал в воду.
Ещё один ходячий предок китообразных – пакицетус, живший около 48 миллионов лет назад. Форма его черепа напоминает череп кита. Он уже искал пищу в воде, но был сухопутным, и потому обладал полноценными ногами, на которых можно ходить. Ноги эти были тонкими, а на пальцах располагались крошечные… копытца!
Так что же, предки китов и дельфинов обладали копытами? Да, это так! Более того, анализ белков иммунной системы у современных животных показал, что ближайшими «родственниками» китов и дельфинов являются… парнокопытные: олени, жирафы, бегемоты и др.
Да, выстраивание эволюционной «родословной» животных иногда преподносит весьма неожиданные сюрпризы.
Предполагают, что киты, дельфины и морские свиньи произошли от группы наземных млекопитающих, называющихся мезонихиды. Эти странные существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям. Они 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. Поскольку они проводили все больше времени в воде, их тела начали изменяться. Они стали более обтекаемыми, и у них развились мощные, сглаженные хвосты. Их передние конечности постепенно превращались в плавники, а задние деградировали. Появился толстый слой подкожного жира, а волосяной покров начал исчезать. Для облегчения дыхания с поверхности воды ноздри у них переместились наверх головы и постепенно превратились в дыхала.
От далеких предков зародились три подотряда китообразных, объединяющих 127 вымерших и 38 ныне живущих родов: древние киты (археоцеты), усатые киты (мистакоцеты) и зубатые киты (одоноцеты). Современные два подотряда резко различаются между собой как по внешнему и внутреннему строению, так и по биологии.
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). У них череп был симметричный, носовые отверстия открывались на конце рыла, а зубы сохраняли примитивные черты строения. От сквалодонтов в олигоцене и миоцене отделились 4 ныне живущих семейства: кашалоты, клюворылые, речные дельфины и морские дельфины с тремя подсемействами (дельфиновые, белуховые и морские свиньи).
Чтобы развились столь глубокие и разносторонние приспособления к водному образу жизни, потребовалась длительная эволюция отряда - с начала третичного периода. Остатки таза, задних конечностей и одиночные волоски на морде давно дали повод искать прародителей китов среди четвероногих наземных млекопитающих.
Цитогенетически, по хромосомному составу, включающему 42-44 хромосомы, китообразные более однородны, чем другие отряды млекопитающих, связанных с водной средой. Это дает основание считать, что ныне живущие подотряды китообразных генетически близки и произошли от одного и того же корня.
Кто же из млекопитающих был их предком? Наука еще не сказала окончательного слова по этому вопросу: слишком мало собрано ископаемых остатков. Возможно, это были примитивные креодонтные хищники, может быть, копытные, но более всего вероятно - древние насекомоядные, от которых ответвились и китообразные, и хищные, и копытные. Каждая из этих концепций имеет свои аргументы. Одни ученые считают предками китообразных копытных, так как у тех и других многокамерный желудок, многодольчатые почки, двурогая матка, сходен химический состав крови и имеются общие черты в строении половой системы (плацента, устройство и положение пениса, а также кратковременность копуляции), в структуре молекулы инсулина и миоглобина и в показателях реакции осаждения белков крови.
Другие исследователи ищут предков китообразных среди креодонтных хищников, руководствуясь строением черепа и особенностями зубной системы. Примитивные китообразные имели гетеродонтные (различные по форме) зубы, сагиттальные и затылочные гребни и скуловые отростки черепа, в какой-то мере сходные с таковыми креодонтных хищников (гиенодонты).
На основании анализа ископаемых остатков современные палеонтологи больше склоняются к мнению, что древние китообразные были связаны с очень ранними плацентарными, то есть 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. В новой среде за долгую эволюцию в корне менялось их строение и образ жизни. Можно выделить следующие наиболее важные изменения, которые в итоге позволили им распространиться по всему Мировому океану:
Некоторые исследователи, обнаружив существенные различия у Odontoceti и Mysliceti, считали возможным утверждать, что данные группы происходят от совершенно разных предков и внешнее сходство между ними надо объяснять конвергенцией. B то же время другие ученые, 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.
Китообра́зные (лат. Cetacea) — отряд млекопитающих, полностью приспособленных к жизни в воде. Китообразных вместе с парнокопытными иногда относят к внесистематической группе китопарнокопытных. В обиходе китами называют всех китообразных, кроме дельфинов и морских свиней. Китообразные являются самыми крупными из известных животных, которые когда-либо обитали на Земле.
Научное название cētus и русское кит происходят от греческого κῆτος «морское чудовище».
В водах России встречается около 30 видов китообразных.
Внешний вид
Китообразные имеют веретенообразное обтекаемое тело, гладкую кожу, практически без шерсти. Толстый слой жира защищает от переохлаждения. Передние конечности преобразованы в ласты, задние атрофированы. Хвост заканчивается большим горизонтальным плавником.
Происхождение
Киты, предположительно, произошли от парнокопытных наземных млекопитающих, которые порядка 50 млн лет назад перешли к полуводному образу жизни.
Существуют разные теории о происхождении китов. Предполагалось, что киты, дельфины и морские свиньи произошли от группы наземных млекопитающих, называющихся Мезонихии. Эти существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям. Они жили приблизительно 60 миллионов лет назад вокруг древнего моря Тетис, там, где теперь Средиземное море и часть Азиатского субконтинента.
Мезонихии, вероятно, охотились на рыбу и других водных животных в прибрежных болотах и эстуариях. Поскольку они проводили все больше времени в воде, их тела начали изменяться. Они стали более обтекаемыми, и у них развились мощные, сглаженные хвосты. Их передние конечности постепенно превращались в плавники, а задние деградировали. Появился толстый слой подкожного жира, а волосяной покров начал исчезать. Для облегчения дыхания с поверхности воды ноздри у них переместились наверх головы и постепенно превратились в дыхала.
Новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности, гиппопотамов. На основе этих данных предлагается даже включать китообразных в состав отряда парнокопытные и предлагается название Cetartiodactyla для монофилетического таксона, включающего две эти группы.
Недавние исследования показали, что связующим звеном был род индохиусов, обитавший на территории Пакистана и внешне напоминавший современных оленьковых. В течение эоцена предки китов постепенно приспосабливались к жизни в море, заполняя экологическую нишу, которая освободилась после вымирания мозазавров и плезиозавров. Со временем они утратили всякую связь с сушей и приобрели новые адаптационные признаки, утратив черты, характерные для наземных млекопитающих.
Классификация
От общих предков отделились три подотряда китообразных, объединяющих 127 вымерших и 38 ныне живущих родов: древние киты (археоцеты), усатые (или беззубые) киты (мистакоцеты) и зубатые киты (одоноцеты). Современные два подотряда резко различаются между собой как по внешнему и внутреннему строению, так и по биологии. Беззубые киты имеют вместо зубов ряд роговых пластинок, которые свисают с верхней челюсти, называемых «китовым усом», которыми они фильтруют из воды морской планктон.
К отряду принадлежат высокоспециализированные млекопитающие, приспособившиеся к постоянной жизни в воде. Внешне китообразные напоминают рыб, но отличаются от последних наличием теплокровности, лёгочного дыхания, наличием остатков волосяного покрова, внутриутробным развитием плода и молочным вскармливанием детёнышей, и другими признаками, объединяющими их с остальными млекопитающими.
Размеры у китообразных наибольшие среди млекопитающих: средняя длина тела синего кита 25 м, вес — 90-120 т. Самые маленькие китообразные — белобрюхий дельфин и дельфин Гектора, относящиеся к роду пёстрых дельфинов (Cephalorhynchus): длина тела у них не превышает 120 см, масса — 45 кг.
Хвостовые лопасти кита-горбача
Наименьшее сопротивление воды при плавании китообразным обеспечивает обтекаемое тело торпедовидной или каплевидной формы. Этому же способствуют исчезновение волосяного покрова и ушных раковин. Кожа китообразных отличается большой упругостью, эластичностью и несмачиваемостью, что уменьшает трение при быстром плавании.
Голова обычно массивная; заканчивается тупо, заострена или вытянута в «клюв» (рострум). Голова почти без видимого шейного перехвата переходит в туловище, которое постепенно сужается в хвостовой стебель.
Передние конечности превратились в плоские и жёсткие грудные плавники (ласты), которые служат в основном «рулями глубины», а также обеспечивают повороты и торможение. Кистевые части ласт внешне не расчленены, а иногда и сращены внутри.
Свободные задние конечности атрофировались, хотя у некоторых видов обнаруживаются рудименты тазовых костей.
Хвостовая часть тела латерально уплощена; она очень гибкая и мускулистая, служит основным локомоторным органом. На её конце имеются парные, горизонтальные хвостовые лопасти.
Кроме того, у большинства видов на спине находится непарный спинной плавник, который служит своеобразным стабилизатором при плавании.
Хвостовые и спинной плавник относятся к кожным образованиям и лишены скелета; внутри них находится хрящевая ткань.
Грудные, спинной и особенно хвостовой плавники обладают переменной упругостью, которая обеспечивается особыми кровеносными сосудами. Упругость плавников зависит от скорости плавания. Помимо локомоторной плавники выполняют терморегулирующую функцию: через них в первую очередь уходит избыток тепла.
Кожные железы у китообразных отсутствуют; исключение составляют 2 молочные железы, которые расположены в задней половине тела. Соски (2) помещаются в продольных кожных карманах по бокам мочеполовой щели и наружу выступают только у кормящих самок. Под кожей находится слой жировой ткани (ворвани) толщиной от 2,5 до 30 см.
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.
Волосяной покров отсутствует. У усатых китов на морде растут отдельные щетинковидные волоски, похожие на вибриссы наземных млекопитающих; они служат органом осязания. У зубатых китов вибриссами во взрослом состоянии обладают только гангский дельфин и амазонская иния, живущие в мутной речной воде; у большинства других зубатых китов вибриссы имеют лишь эмбрионы.
Окраска китообразных бывает однотонной, противотеневой (тёмной сверху и светлой снизу) или пятнистой. У некоторых видов она подвержена возрастной изменчивости.
Скелет
Скелет у китообразных губчатый. В позвоночнике от 41 до 98 позвонков, образующих 4 отдела: сильно укороченный шейный (всегда из 7 позвонков, общая длина которых не превышает 15 см), грудной, поясничный и хвостовой. Грудной отдел несет 10-17 пар рёбер, из которых только первые 2-8 пар сочленены с грудиной.
Межпозвоночные диски придают позвоночнику, особенно его хвостовой части, большую гибкость и подвижность. Задние конечности и крестцовый отдел позвоночника, как правило, утрачены, а кости таза рудиментарны и не соединены с позвоночником. Грудной плавник поддерживает очень короткая плечевая кость, две кости предплечья и многочисленные кости кисти, иногда слитые в лопастеподобную структуру.
Скелет усатого кита (видны рудименты тазовых костей)
Череп китов приспособлен к специфическому способу дыхания — ноздри смещены на темя. Носовые кости уменьшены; теменные сдвинуты вбок так, что верхнезатылочная кость соприкасается с лобными костями. Кости челюстей удлинены в связи с увеличением числа зубов или развитием цедильного аппарата.
Зубы у всех китов имеются в эмбриональном состоянии, но у усатых китов атрофируются, не прорезываясь, и заменяются бахромчатыми роговыми пластинами т. н. китового уса. У зубатых китов зубы конические, однородные, недифференцированные на резцы, клыки и коренные. Наибольшее их число отмечается у продельфина Stenella longirostris: от 172 до 252 зубов. Меньше всего зубов у нарвала: 2 зуба в верхней челюсти, причём у самок они обычно не прорезываются, а у самца левый зуб превращён в длинный бивень.
Органы пищеварения
Язык хорошо развит, мягкие губы отсутствуют. Слюнных желез нет или они рудиментарные. Китообразные заглатывают добычу целиком, не пережёвывая. Желудок сложный, многокамерный; способен растягиваться и вмещать до 1,5 т пищи (синий кит). Первый, безжелезистый, отдел желудка представляет собой нижнее выпячивание пищевода и служит для мацерации и механической обработки пищи; отсутствует у клюворылых китов.
Кардиальный отдел обильно снабжён железистыми клетками, выделяющими пищеварительные соки; он складчатый, сильно растяжимый, иногда дву— или трёхраздельный. Пилорический отдел представляет расширенную переднюю часть двенадцатиперстной кишки. 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).
Органы дыхания и кровообращения
Наружных ноздрей 2 у усатых китов и 1 у зубатых китов. Они смещены на верх головы и снабжены особыми клапанами, рефлекторно запирающими дыхательные пути при нырянии и отпирающими при выныривании. Вследствие особого строения гортани воздухоносный ход отделён от пищевода, что позволяет киту безопасно дышать, даже если в ротовой полости находится вода. Носовой канал у большинства видов соединён с особыми воздушными мешками, выполняющими роль звукосигнального органа.
Трахея и бронхи укорочены, что способствует убыстрению акта дыхания. Лёгкие однодольчатые с сильно развитой гладкой мускулатурой, позволяющей за один выдох-вдох обновлять воздух на 80-90 % (у человека в норме без физического напряжения только на 15 %). Число альвеол больше и размеры их крупнее, чем у наземных млекопитающих.
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.
Процесс дыхания китообразных можно подразделить на выдох после длительного погружения, промежуточные акты дыхания и глубокий вдох перед следующим погружением. Когда кит всплывает на поверхность, выдыхаемый им с силой воздух, соприкасаясь с более холодным наружным, формирует столб конденсированного пара (фонтан).
У разных видов китообразных фонтан различается по форме и высоте. У крупных китов выдыхаемый воздух выталкивается через дыхало с такой силой, что производит громкий трубный звук, в спокойную погоду слышимый с большого расстояния. Во время промежуточных вдохов и выдохов кит ныряет неглубоко, плывет почти по прямой линии, дыша через правильные промежутки времени. Число промежуточных актов дыхания тем больше, чем дольше кит остаётся под водой во время основного погружения.
Во время погружения пульс у китообразных замедляется более чем в 2 раза, и ток крови перераспределяется так, что кислородом снабжаются в первую очередь мозг и сердечная мышца. Менее чувствительные к кислородному голоданию ткани (особенно мышцы тела) переходят на «голодный паёк». Слабая чувствительность дыхательного центра мозга к накоплению в крови углекислоты позволяет китообразным значительно удлинять дыхательную паузу.
Органы чувств
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.
Обоняние китообразными почти утрачено. Обонятельные доли мозга и обонятельные нервы отсутствуют полностью (зубатые киты) или имеются в зачаточном состоянии (усатые киты). Вкус, видимо, развит довольно слабо; предполагают, что киты способны на вкус различать солёность воды и обнаруживать по моче и фекалиям своих сородичей.
Осязание развито превосходно; кожа богато иннервирована. На голове у усатых китов сохраняются редкие осязательные волоски, которые действуют как вибриссы и играют определённую роль при поисках массовых скоплений планктона. Зубатые киты, питающиеся одиночной и сравнительно крупной добычей, в вибриссах не нуждаются; исключение составляют речные дельфины, живущие в мутной воде.
Глаза расположены по бокам головы и относительно небольшие: у крупных китов глаз имеет массу около 1 кг, у мелких дельфинов размером с глаз собаки. Веки неразвиты. Роговица и склера толстые и плотные. Глазное яблоко почти шаровидное, спереди несколько уплощённое. Хрусталик имеет округлую форму. Зрение у многих видов монокулярное, без общего поля зрения. Китообразные как правило близоруки, исключение составляют дельфины. Слёзные железы редуцированы; слёзно-носовой проход отсутствует. От механического и химического воздействия воды глаза предохраняет жирный секрет гардеровой железы. Имеются конъюнктивные железы, не известные у других млекопитающих.
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.
Песни китов
Характерный V-образный фонтан южного кита Eubalaena glacialis
Китообразные издают звуковые сигналы в тех же частотах, которые воспринимают сами. Поскольку голосовые связки у них отсутствуют, звуки производятся в результате вибрации «звуковых губ» (зубатые киты) или с помощью гортани и глотки (усатые киты).
Коммуникационные звуковые сигналы, издаваемые китообразными, многочисленны и разнообразны; имеются особые сигналы питания, беспокойства, страха, спаривания, боли и т. п. Некоторые китообразные из подотряда Odontoceti, подобно 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.
Половой диморфизм
Половой диморфизм выражен главным образом в разнице размеров самцов и самок. Самки усатых китов крупнее самцов; самки большинства зубатых китов, наоборот, меньше.
Приспособление к среде обитания
Особенности дыхательной и кровеносной системы позволяют китообразным долго находиться под водой с одним запасом воздуха (кашалоты до 1,5 часов). Способность гемоглобина связывать кислород у китов выше, чем у наземных млекопитающих, существенная часть кислорода накапливается в мышечном гемоглобине. При нырянии резко замедляется пульс и ограничивается подача кислорода к органам, менее чувствительным к кислородному голоданию.
Образ жизни
Распространены китообразные во всех океанах и в некоторых морях. Имеются холодолюбивые виды, живущие в полярных и субполярных водах (белухи, нарвалы, гренландские киты), теплолюбивые (полосатик Брайда), тропические и субтропические (многие дельфины, карликовые кашалоты) и виды с широким ареалом, включая космополитичные (полосатики, кашалоты, косатки). Встречаются как возле побережий, так и в открытом море. Представители некоторых видов способны подниматься вверх по рекам или постоянно жить в реках и эстуариях.
Большинство видов — стадные животные; держатся группами от нескольких до сотен и тысяч голов. Питание, как правило, специализированное; среди китов встречаются планктофаги, теутофаги, ихтиофаги и сапрофаги.
Косатки — единственные китообразные, регулярно поедающие не только рыб и беспозвоночных, но и теплокровных животных (птиц, тюленей, др. китов). Некоторые виды плавают очень быстро (косатки, многие дельфины), другие относительно медлительны.
Большинство китов держатся в поверхностных водах; некоторые могут нырять на значительную глубину (кашалот). В результате приспособления к сезонным условиям питания и размножения китообразные образовали несколько биологических групп.
Для одних видов характерны строго регулярные сезонные миграции в пределах северного или южного полушария: на зиму они плывут в низкие широты для родов, а на лето — в умеренные и высокие для нагула жира (почти все усатые киты, часть клюворылых и кашалоты).
Самые длинные миграции среди всех млекопитающих совершают серые киты, которые в год проплывают до 12 000 км, перемещаясь от зимовочных участков у берегов Калифорнии к местам летней кормежки в Беринговом море и обратно. Другие также совершают миграции на значительные расстояния, но менее регулярно и с нарушениями сезонных сроков (малые косатки, гринды, сейвалы, нарвалы).
Третьи перешли к сравнительно оседлому образу жизни, совершая кочевки в пределах небольшой акватории (афалины, речные дельфины, серые дельфины и др.). Миграции китообразные совершают в пределах знакомых областей, придерживаясь опредёленных путей.
Размножение
Преимущественно моногамны. Большинство видов размножается 1 раз в 2 года, только некоторые дельфины плодятся ежегодно, спариваясь вскоре после родов. Периоды спаривания и ще́нки обычно растянуты во времени. Самцы способны к оплодотворению постоянно или большую часть года. Беременность у разных видов длится от 7 до 18 месяцев.
Мигрирующие виды родят главным образом зимой в тёплых водах; немигрирующие — летом. Характерна многоплодность: у самок в начале беременности в матке могут находиться 2-3 зародыша, из которых вскоре остается только один. Двойни редки.
Роды происходят под водой; плод выходит хвостом вперёд. Детёныш хорошо развитый, крупный — до 1/2—1/4 длины тела матери; сразу способен к самостоятельному передвижению. Первый дыхательный акт он совершает, как безусловный рефлекс, в момент первого выныривания на поверхность. С первого дня детёныш плавает бок о бок с матерью, используя давление гидродинамического поля вокруг неё, что позволяет ему плыть пассивно. У самок сильно развит материнский инстинкт.
Кормление происходит под водой; молоко потребляется в течение нескольких секунд, но очень часто. Детёныш плотно захватывает сосок, и молоко вбрызгивается в его ротовую полость сокращением особых мышц самки. Китовое молоко очень питательное; оно густое, обычно кремового цвета, жирностью до 54 %. Характерно, что его поверхностное натяжение 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. Детёныш во время вскармливания растёт очень быстро, к его концу увеличиваясь на 1/3-1/2 первоначального размера. Вскармливание продолжается от 4 месяцев (мелкие дельфины) до 13 (кашалоты), а в неволе даже до 21-23 месяцев (афалины).
Половая зрелость наступает в 3-6 лет, но замедленный рост тела длится и после того, до 12 лет. Физическая зрелость наступает, когда скелет окончательно окостеневает и все эпифизы позвоночника срастаются с телами позвонков. Процесс окостенения позвоночника начинается с обоих концов позвоночника, причём с хвостового идёт быстрее, чем с головного, и заканчивается в грудном отделе. Последовательные изменения в позвоночнике иногда используют для определения возраста кита.
Численность и значение для человека
Китобойный промысел
В недавнем прошлом практическое значение китообразных для человека было довольно велико. Практически все органы китов использовались для выработки пищевых и технических продуктов. Из подкожного сала и костяка вываривался жир, который потом перерабатывался на лярд и маргарин, смазочные вещества, технический и дистиллированный глицерин, мыло, театральный грим, стиральный порошок и т. д.
Полимеризированный жир использовался для изготовления линолеума и типографской краски. Спермацет кашалотов служил сырьём для производства косметических кремов и помады, а также смазочных материалов. Вываренный костяк, внутренности и части мускулатуры перерабатывались на удобрение (тук) и на кормовую муку для скота и птицы.
Из белковой части китового сала получали желатин и клей. Из китового уса до развития производства пластмасс изготовляли пружины для диванов и матрацев, корсеты, щётки, веера и т. д. Зубы кашалота шли на резные изделия. Мясо в консервированном, засоленном или свежем виде употреблялось как пищевой продукт. Из печени китов добывали витамин A; из желез внутренней секреции (поджелудочной и зобной) изготавливали медицинские препараты (камполон, инсулин и др.). Амбра, извлекаемая из кишечника кашалотов, высоко ценится в парфюмерной промышленности как закрепитель духов.
Чрезмерно интенсивный промысел пагубным образом сказался на численности китообразных, приведя многих представителей этого отряда на грань исчезновения. Многие китообразные занесены в списки Международной Красной книги. В настоящее время коммерческий промысел китов запрещён мораторием Международной комиссии по регулированию китобойного промысла и законами большинства стран и в ограниченных объёмах ведётся только Норвегией, Исландией и Японией, а также некоторыми аборигенными народами в качестве одного из традиционных занятий.
