Беззубый предок усатых китов

Ярослав Попов,
Государственный Дарвиновский музей (Москва)
«Природа» №12, 2018

Горбатый кит (Megaptera novaeangliae) из подотряда усатых китов. На фотографии хорошо виден китовый ус. Фото Е. Г. Мамаева

Китообразные (Cetacea) — один из самых своеобразных и специализированных отрядов млекопитающих животных. В их происхождении и эволюции пытаются разобраться уже несколько поколений морфологов, генетиков и палеонтологов. Постепенно удалось приоткрыть завесу тайны в вопросе о том, как предки китов перешли к водному образу жизни. Генетические исследования и уникальные палеонтологические находки позволили сделать вывод: ближайшие родственники китообразных — парнокопытные (Artiodactyla), в частности гиппопотамы [1]. Существенным прорывом в изучении эволюции китообразных стало описание в 1981 г. остатков одного из древнейших представителей отряда — Pakicetus inachus [2]. В настоящее время сформировалась следующая концепция: парнокопытные предки китов перешли к полуводному образу жизни в пресных водоемах, затем перебрались в морские акватории, где окончательно превратились в водных животных [3]. Каждая новая палеонтологическая находка помогает лучше понять, как развивался этот процесс.

Однако понимание эволюции других особенностей китообразных связано с трудноразрешимыми вопросами. Например, как предки современных усатых китов (Mysticeti) перешли к питанию планктоном, как и когда сформировался китовый ус? Длинные роговые пластинки, которые развиваются в верхней челюсти морского исполина, свисают с нёба и помогают отсеивать из воды планктонных моллюсков, ракообразных и мелких рыб — одна из научных загадок. Дело в том, что этот так называемый цедильный аппарат отсутствует в ископаемых остатках.

Вещество, из которого состоят фильтрующие пластинки, — кератин — обладает высокой механической прочностью, но со временем довольно легко разлагается под действием микроорганизмов. Поэтому палеонтологам приходится обращать особое внимание на костные структуры, поддерживающие китовый ус, а также на характерные для современных усатых китов отверстия сосудов и нервов в верхней челюсти их ископаемых предков. Самая древняя достоверная находка окаменевшего китового уса, обнаруженная на юге Перу, имеет возраст 15 млн лет [4]. Однако, косвенные следы существования такого цедильного аппарата можно обнаружить в существенно более древних черепах, датируемых хатским веком позднего олигоцена (28–23 млн лет назад) [5]. Это — наиболее вероятное время формирования китового уса. Но остается вопрос: как он возник?

Выдвигалось множество версий происхождения китового уса в связи с различными (часто фрагментарными) палеонтологическими находками. В 2017 г. исследователи из США Карлос Передо, Николас Пьенсон и Александра Боэрсма предложили четыре главных гипотезы [6]. Согласно первой, предки китов изначально использовали для фильтрации воды зубы и лишь затем обзавелись китовым усом. Зубы должны были претерпеть серьезные изменения, чтобы из инструмента захвата добычи превратиться в цедильный аппарат. Вторая и третья гипотезы предполагают одновременное существование зубов и постепенно заменившего их китового уса, но предусматривают разные механизмы «вытеснения»: боковое по всей длине рта либо от челюстного сустава — вперед. Наконец, четвертый возможный путь трансформации — вначале полное исчезновение зубов, затем появление нового приспособления для ловли добычи, причем до появления уса киты могли питаться, засасывая добычу, как делают некоторые рыбы. Сами авторы гипотез, опираясь на ряд доказательств, склонялись к последней версии и отмечали, что потеря зубов и формирование уса, вероятнее всего, происходили независимо. Однако до последнего времени не было ископаемого материала для подтверждения этих взглядов.

В ноябре 2018 г. опубликованы результаты многолетнего исследования, приоткрывшего тайну эволюции усатых китов [7]. Внимание группы американских исследователей под руководством Карлоса Передо привлек небольшой хорошо сохранившийся череп, найденный в штате Орегон, в породах возрастом около 33 млн лет (поздний олигоцен). У него полностью отсутствовали зубы, не сохранилось даже альвеол. В то же время кости верхних челюстей были очень тонкими, что исключало возможность крепления китового уса. Компьютерная томография также показала отсутствие каких-либо свидетельств наличия китового уса. Зато следы крепления мышц черепа указали на формирование мощной мускулатуры щек, а строение гортани — на формирование подвижного языка. Такое строение ротовой полости позволяло киту питаться путем всасывания добычи. Название новому киту дали гордое — Maiabalaena nesbittae, что можно перевести как «Мать китов имени Э. Несбит».

Вот так гипотетически предсказанное переходное звено между зубатыми и усатыми китами приобрело свое материальное воплощение.

Литература
1. Boisserie J. R.; Lihoreau F., Brunet M. The position of Hippopotamidae within Cetartiodactyla // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2005; 102 (5): 1537–1541. DOI: 10.1073/pnas.0409518102.
2. Gingerich P. D., Russell D. E. Pakicetus inachus, a new Archaeocete (Mammalia, Cetacea) from the early-middle Eocene Kuldana Formation of Kohat (Pakistan) // Contributions from the Museum of Paleontology, the Museum of Michigan. 1981; 25 (11): 235–246.
3. Thewissen J. G. M., Cooper L. N., Clementz M. T. et al. Whales originated from aquatic artiodactyls in the Eocene epoch of India // Nature. 2007; 450(7173): 1190–4. DOI: 10.1038/nature06343.
4. Esperante R., Brand L., Nick K. E. et al. Exceptional occurrence of fossil baleen in shallow marine sediments of the Neogene Pisco Formation, Southern Peru // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2008; 257: 344–360. DOI: 10.1016/j.palaeo.2007.11.001.
5. Sanders A. E., Barnes L. G. Paleontology of the Late Oligocene Ashley and Chandler Bridge Formations of South Carolina, 3: Eomysticetidae, a new family of primitive mysticetes (Mammalia: Cetacea) // Paleobiology. 2002; 93: 313–356.
6. Peredo C. M., Pyenson N. D., Boersma A. T. Decoupling tooth loss from the evolution of baleen in whales // Frontiers in Marine Science. 2017; 4: 67. DOI: 10.3389/fmars.2017.00067.
7. Peredo C. M., Pyenson N. D., Marshall C. D. et al. Tooth loss precedes the origin of baleen in whales // Current Biology. 2018; 28: 1–9. DOI: 10.1016/j.cub.2018.10.047.