И. Дроздова - Удивительная биология
Вздымая фонтаны
Прошлое кита чрезвычайно темное. Известно лишь, что несколько ранее 100 млн лет назад некие небольшие четвероногие сухопутные животные претерпели ряд быстрых эволюционных изменений. За 50 млн лет – с геологической точки зрения срок незначительный – они научились плавать и производить на свет детенышей, начинавших плавать, едва они оставляли материнское чрево. 20 млн лет назад эти животные утратили уши и задние ноги; тело их приобрело торпедообразную форму, у них появился хвост, похожий на рыбий, они лишились волосяного покрова, а ноздри сместились к верхней части головы. Тот факт, что киты приобрели рыбообразную форму, свидетельствует о конвергентности эволюции – процессе, когда две группы разных, не связанных родством животных в ходе приспособления к одинаковым условиям приобретают одинаковые внешние формы.
Эмбрион кита в материнской утробе повторяет этот процесс. К тому времени, когда эмбрион достигает величины около 4 см, у него исчезают все внешние следы задних ног. Передние его ноги вначале напоминают руки человеческого зародыша. Затем кости плеча и предплечья в значительной степени укорачиваются и расплющиваются, но конечные суставы, или «пальцы», сохраняются. У одних видов китов, например у кашалотов, имеются все пять пальцев, у других – у синего кита и у горбача – недостает большого пальца. Все пальцы огромной китовой «кисти» заключены в мускулистую оболочку, образующую короткий плоский плавник обтекаемой формы. Эти плавники служат китам, как грудные плавники рыбам, в качестве стабилизатора и руля.
Двигателем является мощный хвост, в котором, как писал американский писатель Герман Мелвилл в своем романе «Моби Дик», «словно бы сосредоточена вся безмерная сила кита». В нем же заключено наибольшее внешнее различие между рыбой и китом. Хвост у рыбы расположен вертикально, а у кита горизонтально. Рыба движется с помощью волнообразных колебаний всего тела, ударяя хвостом из стороны в сторону, а кит – благодаря движениям хвоста вверх и вниз. Во время вертикального перемещения хвоста его широкие плоские лопасти изменяют степень наклона, или угол атаки, отталкиваясь от воды, и тем самым двигают животное вперед. «Изгибы этого хвоста, – писал Мелвилл, – неизменно исполнены необыкновенного изящества».
Огромный, длиной свыше 20 м, полосатик ударяет своими «хвостовыми крыльями» 1-2 раза в секунду, развивая крейсерскую скорость около 12 узлов. Дельфинам достаточно сделать всего 3-4 удара в секунду, чтобы не отстать от судна, делающего 16 узлов. По-видимому, такая скорость близка к наивысшей для дельфинов и морских свиней, хотя на первый взгляд кажется, что эти мелкие зубатые киты развивают бо2ль-шую скорость, когда, резвясь, плывут рядом с кораблем и перепрыгивают через волны, образуемые его форштевнем.
Руководствуясь такими наблюдениями, ученые и моряки долгое время и впрямь считали, что дельфины плавают быстрее, чем теоретически позволяет их мускульная сила. Количество работы, производимое одним мышечным волокном, приблизительно одинаково у всех здоровых существ, будь то человек, тигр или кит. Поэтому можно вычислить мощность, развиваемую животным, измерив совокупность его мускулатуры. Когда ученые внесли эту цифру наряду с другими данными в свои формулы, они установили, что дельфин не может двигаться со скоростью больше 12—16 узлов. Четыре вида испытаний по определению скорости этих животных, проведенных учеными Калифорнийского университета, подтвердили, что это их наибольшая скорость. Кроме того, испытания эти убедительно доказали, что у дельфинов такая же мощность на единицу веса их тела, как и у атлетов, и что при передвижении эта мощность используется на 85 %.
Гладкая поверхность тела кита и идеально обтекаемые его обводы отчасти объясняются наличием толстой подкожной жировой прослойки, которая служит как бы внешней оболочкой животного. Наружная часть кожного покрова содержит губчатый слой, придающий эластичность поверхности всего тела. Пытаясь объяснить кажущиеся сверхскорости дельфинов, ученые выдвинули гипотезу, что поверхность их тела совершает волнообразные изгибы, соответствующие волнам в воде, обтекающей тело. Они полагают, что поверхность тела животного изменяет свою форму одновременно с изменениями давления окружающей его воды.
Люди надеются, что им удастся использовать секрет дельфинов при постройке судов, торпед и подводных лодок. Доктор Макс Крамер, немец по происхождению, один из основоположников гидродинамики китов, предложил покрывать подводные лодки эластичной резиново-пластиковой оболочкой для увеличения их скорости. Американская резиновая компания («Раббер компани») проводила опыты с резиновым покрытием под названием «ламинфло» для корпусов скоростных моторных лодок.
Военно-морские министерства и другие военные и гражданские ведомства разных стран не жалеют денег на изучение китов, потому что в течение своего эволюционного развития, продолжавшегося 100 млн лет, эти животные разрешили для себя ряд проблем, остающихся для человечества загадкой. Например, каким образом китам удается задерживать дыхание на такой длительный срок, нырять так глубоко и всплывать с такой быстротой? Дельфины обычно остаются под водой от 1,5 до 7 мин, а по крайней мере один из видов этих животных достигает глубины свыше 120 м. Тюлени Уэдделла погружаются в студеные воды Антарктики на глубину до 450 м и в течение 28 мин ловят себе на обед рыбу. Кашалоты (Моби Дик тоже был кашалотом) опускаются на глубину 1000 м, где иногда остаются, охотясь за кальмарами, до полутора часов. Киты-бутылконосы, достигающие в длину 10 м, могут находиться под водой два часа.
По словам доктора Пера Шоландера, киты могут позволить себе это благодаря своеобразному регулятору жизненных процессов. Поток крови, содержащей жизненно важный кислород, не подается в органы, которые какое-то время могут обойтись без него, а поступает в те органы, которым он наиболее необходим. Как только кит или тюлень начинает погружаться, биение сердца у него ощутимо замедляется. Кровеносные сосуды, идущие к ластам, хвостовым мышцам и иным тканям, сжимаются до минимума и практически прекращают подачу крови. Сэкономленный драгоценный кислород подается в мозг и сердце – органы, которым труднее всего без него обходиться.
Все это позволяет китам быстро погружаться на значительные глубины. А как происходит всплытие? Если водолаз или кессонный рабочий станет подниматься с такой же скоростью, что и кит, его тело сведет судорога, и он может погибнуть. Азот и другие газы, растворившиеся у него в крови под высоким давлением, начнут выделяться в виде пузырьков, как только давление станет быстро уменьшаться. Происходит то же самое, что и при откупоривании бутылки содовой. Пузырьки эти образуются в крови, сердце, тканях ныряльщика, вызывая мучительные судороги, а иногда и смерть.
У китов при быстром всплытии подобной проблемы не возникает, потому что они в отличие от водолазов и кессонных рабочих не дышат сжатым воздухом. При использовании такого воздуха постоянно подаются новые порции азота, а под высоким давлением азот сильнее поглощается кровью. Киты же вдыхают лишь ограниченное количество воздуха, находящегося под обычным давлением, поэтому азота они поглощают немного.
Кроме того, как полагают некоторые зоологи, пенообразное, жирное вещество в дыхательном горле кита впитывает азот, препятствуя его проникновению в кровь; но это еще окончательно не доказано.
Лишенный притока свежего воздуха, ныряющий кит получает энергию для приведения своих мышц в движение за счет метаболического процесса, при котором не потребляется кислород. В ходе такого процесса организм испытывает кислородное голодание, которое должно быть ликвидировано при всплытии. Всплывая после длительного пребывания под водой, кит дышит, словно бегун, закончивший дистанцию. Такое учащенное дыхание китобои называют «продувкой».
При «продувке» из дыхала, находящегося на верхней части головы кита, вырывается фонтан мельчайших брызг. Но это не морская вода, как считают некоторые, а струя конденсированного пара, выдыхаемого китом. Она сильно отдает запахом рыбы и содержит небольшое количество воды, попадающей в верхнюю часть дыхала. Водяные пары теплого выдыхаемого воздуха конденсируются при столкновении с более холодным наружным воздухом. Подобно тому как в холодную погоду человек видит свое дыхание в виде пара, так и струя, бьющая из дыхала кита, в полярных районах становится более заметной. Однако она заметна и в тропиках – очевидно, потому что вырывается под давлением и расширяется очень быстро, а такого рода расширение сопровождается охлаждением.
Зачастую стадо китов всплывает и начинает дружно, как один, отдуваться. Если ветер не слишком силен, то можно определить вид кита по фонтану. У японских китов он двойной, V-образный. У синих китов и полосатиков одна высокая вертикальная струя, у кашалотов она несколько наклонена вперед. Кашалоты и японские киты, так же как серые киты и горбачи, имеют обыкновение, перед тем как нырнуть, подбрасывать хвост в воздух. Гренландские киты, прежде чем уйти в глубь, с минуту помахивают хвостом как бы в виде приветствия. Возможно, это происходит из-за того, что толстый слой легкого жира в какой-то степени затрудняет им погружение. Мелвилл писал: «Это покачивание хвостом – пожалуй, самый значительный жест во всей живой природе. Этот гигантский хвост из бездонной пучины словно бы пытается ухватиться за столь же бездонные небеса».
