Водные млекопитающие были вынуждены стать большими, чтобы не замерзнуть – но не очень большими, чтобы не умереть от голода.

Вопрос в заголовке может показаться издевательским: мы все знаем, как выглядят киты (синий кит вообще самое крупное животное на Земле), а ведь есть еще морские слоны, моржи, ламантины, которые выглядят весьма и весьма внушительно.

Все они друг другу далеко не родственники: с эволюционной точки зрения, тюлени, морские слоны и прочие ластоногие ближе всего к собакам, ламантины и дюгони – к слонам, китообразные – к бегемотам и другим копытным. Начав осваивать водную среду, млекопитающие сильно увеличились в размерах. До сих пор обычно говорят, что они такие большие, потому что вода держит вес – в отличие от каких-нибудь слонов, которых держат только собственные ноги. Иными словами, морские млекопитающие стали такими большими просто потому, что могли.

Однако, как полагают исследователи из Стэнфорда, морские звери могли бы быть на самом деле еще больше, если бы не некоторые ограничения энергетического плана. Джонатан Пэйн (Jonathan L. Payne) и его коллеги сравнили по массе тела несколько тысяч видов зверей, среди которых 70% было ныне живущих и 25% вымерших. Среди вымерших были и предки тех, кто сейчас живет в воде.

В результате удалось выявить любопытную закономерность в том, как изменялись размеры разных групп зверей при переходе с суши в море. Оказалось, что чем меньше были сухопутные предки, тем сильнее увеличивались в размерах их водные потомки. То есть, например, если предок был размером с собаку, то потомки вырастали по сравнению с ним довольно сильно по сравнению с тем, когда предок был размером с бегемота.

Иными словами, для жизни в воде есть оптимальный размер; для разных групп он может быть свой, но тем не менее, если зверь окажется больше или меньше этого размера, ему будет жить в воде крайне неуютно. В статье в PNAS авторы работы пишут о том, что всем млекопитающим, которые решили вернуться в воду, пришлось стать больше: у воды большая теплопроводность, и в воде тело теряет тепло гораздо интенсивнее, чем в воздушной среде.

Тут все определяет соотношение площади поверхности тела и его объем: чем больше поверхность относительно объема, тем сильнее теплопотери. Притом при увеличении размеров объем растет быстрее площади поверхности, а значит, большие размеры помогают сохранить тепло.

Почему же тогда все они не стали размером с китов? Потому что большое тело нужно как-то кормить. Большому телу нужно больше еды, и в конце концов, если ты все увеличиваешься и увеличиваешься, то оказывается, что ты просто не можешь прокормить сам себя. То есть водные животные стали большими не просто оттого, что могли, а потому, что это было необходимо. Притом их размеры оказались строго ограничены с двух сторон, и стать очень большими они не смогли по тем же самым энергетическим соображениям.

По словам авторов работы, диапазон размеров у водных млекопитающих в целом гораздо более узкий, чем у сухопутных. Правда, тут есть два исключения: выдры и пресловутые усатые киты (к которым принадлежит и синий кит). Однако оба исключения можно объяснить.

Выдры остались довольно небольшими, поскольку они все-таки довольно много времени проводят на суше – они остались в большей степени сухопутными, чем другие водные млекопитающие. Что же усатых китов, то им удалось решить проблему с едой, научившись фильтровать морскую воду на предмет планктона и мелкой рыбы – такой способ питания не требует много энергии; иными словами, китам не нужно тратить много сил на то, чтобы прокормить самих себя.