Галина Гальперина - Рекорды в мире животных
Но являются ли ныне живущие два подотряда – усатые и зубатые киты – потомками древних китов-археоцетов, которые сохранили большое количество признаков наземных животных? У биологов существует три точки зрения по этому вопросу. Одни считают, что археоцет связан лишь с усатыми китами, другие, что с зубатыми, а третьи, что оба подотряда имеют общее происхождение.
Китообразные являются самыми быстроходными обитателями океана и превосходят в скорости рыб, которыми питаются. В результате исследований ученые получили данные о скоростях, которые могут развивать киты в погоне за добычей. В 1966 году ученые из США Т. Ланг и К. Прайор провели в лагуне на Гавайских островах эксперименты над малайскими прадельфинами, обученными гоняться за плавучей приманкой. Максимальная скорость, которую они смогли развить, составила 40,6 км/ч. Но так быстро они могут плыть недолго. Вероятно, еще быстрее двигаются косатки, которые иногда атакуют даже быстроходных дельфинов. По наблюдениям с судна «Монтрей», замерявшего быстроту хода некоторых видов китообразных, максимальная скорость, которую смогли развить косатки в течение 20 мин., колебалась от 38 до 55 км/ч. Видимо, это и есть предел их возможностей.
Конечно же, не у всех китообразных одинаково хорошая скорость движения. Самыми быстроходными считаются рыбоядные виды, которые должны догнать и схватить маневренную и быструю добычу. Но есть среди китообразных и самые настоящие тихоходы, которые питаются такой же малоподвижной пищей. К ним относятся серые киты, развивающие скорость примерно 12 км/ч. Кроме того, ловко прыгающие горбатые киты, планктоноядные гладкие киты и роющиеся на дне речные дельфины даже в рывке не превышают скорости 18,5 км/ч. Что же помогло китам стать быстроходными?
Во-первых, обтекаемая форма тела с относительно гладкой поверхностью, во-вторых, очень гибкий хвостовой отдел позвоночника. Киты имеют торпедообразную форму тела, постепенно расширяющуюся в толщине от кончика головы к грудному отделу и суживающуюся к хвосту. Заканчивается тело морского гиганта горизонтально расположенным хвостовым плавником, имеющим вид широкого равнобедренного треугольника, разделенного на заднем крае на две лопасти. Задних конечностей у него нет, а передние превратились в жесткие весловидные грудные плавники, которые дают киту возможность направлять тело вверх или вниз, а также поворачивать и тормозить. Имеющийся у некоторых видов спинной плавник играет роль стабилизатора, который придает телу большую устойчивость в воде. Все плавники хорошо обтекаемы и в поперечном сечении имеют форму вытянутой капли.
Снаружи на теле кита нет ничего, что мешало бы ему быстро плавать (волосяной покров, ушные раковины и мошонка). Под кожей образовался мощный теплозащитный слой жира. Не стало на теле сальных и потовых желез, а млечные разместились под кожей в задней трети тела, по бокам мочеполового отверстия. У самцов сосков нет, а у самок они скрыты в кожном кармане, из которого выступают только в период кормления детеныша.
Голова кита посажена на короткую и жесткую шею. Она может наклоняться по отношению к туловищу примерно до 45°. У гренландского кита голова менее подвижна, чем у других его собратьев. Киты прекрасно управляют своим хвостом. Они совершают им удары сверху вниз. При этом лопасти хвоста принимают разные углы наклона к продольной оси хвостового стебля. Вращательных движений при плавании хвост не производит. Частота и размах ударов хвоста и степень наклона хвостовых лопастей влияют на скорость плавания. При быстром ходе кит выполняет 2 – 3 полных взмаха в секунду. Хвост китов имеет необычайную силу благодаря особенностям мускулатуры.
Прекращение поступления воздуха для млекопитающих означает смерть. Если вода проникнет в легкие и зальет альвеолы, то обитатель гидросферы просто погибнет. Но природа настолько мудра, что, поместив китов в водную среду, вооружила их средствами защиты. Для того чтобы жить в воде и при этом дышать воздухом, китам понадобилось коренное переустройство всей дыхательной системы. Различного рода приспособления надежно предохраняют их дыхательные пути и предотвращают возможность заливания легких водой, а также обеспечивают нормальное внешнее дыхание, сон и отдых в опасной среде, позволяют создать запас кислорода для продолжительного пребывания под водой.
Ноздри у китов располагаются над черепом и открываются на макушке головы одним отверстием у зубатых китов и двумя – у усатых. Данное отверстие носит название «дыхало». Мышцы открывают его только на короткий период вдоха-выдоха, а все остальное время оно плотно закрыто. Ритмика дыхания у китов, по сравнению с наземными млекопитающими, резко изменилась: за коротким дыхательным актом следует продолжительная дыхательная пауза, во время которой животное ныряет и питается. Возможность случайного попадания воды во время вдоха сильно ограничена тем, что сам дыхательный акт резко укорочен, т. е. он в десятки и сотни раз короче дыхательной паузы.
Но у китов имеются еще более важные средства, защищающие легкие от попадания в них воды, – два рефлекса выныривания. Первый из них заключается в том, что киты открывают дыхало и выполняют вдох-выдох всякий раз, когда их голова появляется над поверхностью воды. Второй рефлекс к моменту вдоха обеспечивает максимальное поднятие тела из воды для совершения дыхательного акта путем удара хвостом об воду. Этот удар совершает специальная мышца, которая прикреплена к ребрам и участвует в акте выдоха. Оба этих рефлекса, не допуская попадания воды в легкие, позволяют китам безопасно дышать в любую погоду, а также во время сна.
Каким образом ныряют киты? При выполнении этого действия наружное дыхательное отверстие у них закрывается. Наглухо закрывается и дыхательный путь к глотке. Все альвеолы закупориваются мускульными сфинктерами. В связи с этим воздух прочно удерживается в легких, а кислород поступает в кровь.
Для того чтобы нырять на большую глубину, кит должен уметь задерживать дыхание. Задержать дыхание – значит суметь запасти энергию, необходимую для сокращения мышц, деятельности желез и всего организма. Это умение оказалось чуть ли не самым главным, когда предки наших китов захотели поплавать в древнем океане.
Но, несмотря на все эти трудности, киты ныряют на 20 – 30 мин., а то и на целый час. Зафиксированы факты, когда крупные киты проводили под водой до 1,5 ч.
В свежем воздухе содержится примерно 21% кислорода. В воздухе, который выдыхают живые организмы, кислорода уже на 4% меньше. Значит, как человек, так и млекопитающие животные используют всего одну пятую часть кислорода, который поступает в легкие.
В воздухе, который выдыхают киты после ныряния, почти не остается кислорода. Ведь в природе, как у хорошей, экономной хозяйки, все на учете: на поверхности земли кислорода много, поэтому можно не экономить и дышать свободно. Под водой лишний раз не вдохнешь, а значит, нужно искать пути полного использования вдыхаемого на поверхности кислорода.
Учеными еще не до конца изучен механизм, который применяют киты для полного использования кислорода. Но некоторые хитрости человек уже начал понимать. Во время погружения воздух в легких должен сильно сжаться. При повышении давления в легких увеличивается давление кислорода в альвеолах. А это приводит к тому, что большое его количество может перейти из альвеолярного пространства в кровь. И тут выявляется очередной парадокс природы: чем выше давление воды, т. е. чем глубже нырнет кит, тем полнее он сможет использовать кислород, имеющийся в легких, и тем большее количество энергии получит из запасенного воздуха.
Чем глубже опускается кит под воду, тем больше времени он сможет пробыть под водой. То есть если хочешь быть долго под водой – ныряй как можно глубже. Таков закон природы.
Как бы полно ни использовал кит запасы кислорода в легких, расчеты показывают, что этого ему должно хватить сравнительно ненадолго. Значит, у кита имеются еще какие-то энергетические резервы. Где они и какие?
У китов, особенно у зубатых, к которым относится кашалот, гемоглобина в мышцах так много, что цвет мышц почти черный. Гемоглобин китов отличается от гемоглобина других животных: он способен запасать больше кислорода и активнее его связывать.
После ныряния, длящегося 40 – 50 мин., кашалот поднимается на поверхность океана. Он долго лежит без движения, пыхтит, отдувается, вентилирует легкие от скопившихся продуктов распада: углекислого газа, водных паров. Кроме этого, кит насыщает кровь и мышцы свежим запасом кислорода. Пока раз 20 не вдохнет, ничего не предпринимает. За этот период интенсивного дыхания через его легкие пройдет несколько десятков тысяч литров воздуха: ведь каждый вдох крупного кита равен по объему 8 – 10 тыс. л. Большая часть кислорода, содержащаяся в этом воздухе, переходит в кровь кита и разносится по всему организму, насыщая все свободные молекулы гемоглобина и миоглобина.
