Морські ссавці можуть ніколи не повернутися з океану

Водна адаптація ссавців може бути незворотною, згідно з новим дослідженням, яке вивчає способи, за допомогою яких понад 5 000 видів перейшли з суші до води.

Хоча еволюційний шлях таких тварин, як кити і тюлені, зрештою можна простежити до морських чотириногих, які залишили океан заради життя на суші, нащадкам тих, хто став переважно або повністю водним, не судилося повернутися до мандрів по суші.

Порівнюючи масу тіла, раціон харчування та геноми 5635 існуючих і нещодавно вимерлих ссавців, біолог-еволюціоніст з Фрібурзького університету Бруна Фаріна та її колеги простежили еволюцію водних адаптацій. До них відносяться зміни в розмірах, локомоції, сенсорних системах, розмноженні, раціоні харчування та об’ємі легень.

З усіх цих видів 97 відсотків залишаються повністю наземними ссавцями. Лише 3 відсотки знову перейшли до життя у воді, всі в різній мірі.

Цей перехід відбувся незалежно в різних групах ссавців, причому деякі з них заглибилися у воду більше, ніж інші. Так виникли три окремі групи: напівводні тварини, такі як качкодзьоби, водяні землерийки (Neomys fodiens) і водяні опосуми (Chironectes minimus); ті, що час від часу виходять на сушу, наприклад, тюлені і видри; і повністю водні ссавці, такі як дельфіни і дюгоні.

У той час як попередні напівводні види повернулися до наземного способу життя, адаптація до водного існування стає незворотною в спектрі між напівводними та переважно водними мешканцями, як виявила команда.

У міру того, як вид стає більш водним, його маса тіла має тенденцію до зростання: 5 відсотків за мільйон років для напівводних видів і до 12 відсотків за мільйон років для повністю водних видів. Це стосується навіть менших ссавців, таких як гризуни.

Це має сенс з точки зору екогеографічного правила Бергмана: більші види, як правило, живуть у середовищах, які швидко віддають тепло тіла, як у воді, оскільки мінімізація відношення площі поверхні до об’єму збільшує збереження тепла.

Наземні тварини також обмежені проблемою транспортування своєї маси, що є легшим завданням у воді завдяки плавучості. Більше того, в океані доступна більша кількість здобичі, що дозволяє підтримувати існування великих хижаків, і дельфіни та кити скористалися цим завдяки еволюційним системам фільтрації та стрибкоподібного годування.

Незважаючи на велику кількість морських трав і водоростей, більшість водних переходів – за винятком морських корів – не використовували їх як джерело їжі. Ссавці, які повернулися у воду, були схильні до м’ясоїдства.

Це “ймовірно тому, що ферменти, необхідні для розщеплення рослинного або водоростевого матеріалу, вимагають більш високих температур”, – зазначають дослідники.

Більшість видів морських корів, таких як дюгоні та ламантини, тримаються теплих вод. Єдиним холодноводним травоїдним ссавцем була сивуча (Hydrodamalis gigas), яку ми довели до вимирання. Вона була вдесятеро важчою за інші види.

Життя у воді також вимагає іншої, більш обтічної системи пересування, що призводить до редукції кінцівок і, зрештою, до нездатності переносити тіло на суші. Зменшення кінцівок у китів і дельфінів пов’язане з втратою експресії багатьох регуляторних генів.

Втрата такої складної ознаки, як ноги, сформованої мільйонами років селективного тиску та випадкової появи різноманітних мутацій, не є процесом, який можна легко повернути назад.

“Закон Долло постулює, що коли складна ознака втрачена, її неможливо відновити”, – пишуть дослідники у своїй статті, зазначаючи, що те ж саме спостерігається у птахів, які втрачають здатність до польоту.

Це не означає, що подібні анатомічні структури та функції не можуть коли-небудь знову розвинутися в майбутньому. Але зі зростанням складності ознаки її еволюційна спадщина має набагато менше шансів на повторення, оскільки критичні гени змінюються і втрачаються.

“Після цього переходу, – продовжують Фрібур та його команда, – конкуренція з існуючими наземними хижаками, які можуть ефективніше використовувати свої кінцівки для полювання на суші та маніпулювати здобиччю, можливо, запобігла будь-якій можливості зворотного розвитку подій”.

Незграбні спроби дельфінів, які прагнуть висадитися на берег, були б дуже легко зупинені набагато більш спритними хижаками, іншими словами, набагато спритнішими.