Водное давление: древние водные крокодилы увеличивались, чтобы избежать замерзания
Переход к водному образу жизни и окончательный отказ от суши, как это сделали некоторые предки крокодилов почти 200 миллионов лет назад, часто рассматривается как обретение свободы: от гравитации, территориальных границ и пищевых ограничений.
Считалось, что вода, хоть и создаёт большее физическое давление, но снимает другие ограничения, особенно те, что мешали крокодилам увеличиваться в размерах. Однако новое исследование Уилла Гирти из Университета Небраски-Линкольна показывает, что эта «свобода» была вынужденной.
Проанализировав базу данных о 264 видах крокодилообразных (crocodyliforms), Гирти обнаружил, что средний вес водных видов действительно значительно превосходил вес полуводных и наземных собратьев — иногда в 100 раз.
Но это различие было реакцией на давление естественного отбора, а не освобождением от него. Переход к водной среде не расширил диапазон возможных размеров тела, как предсказывали некоторые теории, а, наоборот, сжал его, подняв минимальный порог выживания в глубинах. Максимальный же размер водных видов со временем почти не менялся.
Расчёты Гирти показали, что верхний предел размера тела для водных, полуводных и наземных условий был примерно одинаковым.
«Так что даже если кажется, что вы освободились от этого давления, на самом деле вас втиснули в ещё более тесные рамки», — сказал Гирти.
Физиологические ограничения
Два основных фактора — объём лёгких и температура тела — запустили этот эволюционный «пресс».
Объём лёгких: Ранее считалось, что водные крокодилы увеличивались, чтобы дольше нырять за пищей. Однако объём лёгких растёт пропорционально размеру тела, поэтому у крупных особей не было «избыточного» запаса воздуха для длительных погружений. На больших размерах преимущества от более глубоких нырков уравновешивались энергетическими затратами на поиск большего количества пищи, что и создавало «потолок» для размера.
Потеря тепла: Вода отводит тепло гораздо быстрее воздуха, а её температура была ниже, чем у поверхности. Мелким водным крокодилообразным приходилось либо ограничивать глубину и время погружений, чтобы часто греться на солнце, либо рисковать замёрзнуть насмерть во время охоты.
«Самый простой способ противостоять этому — стать больше», — пояснил Гирти.
Увеличение размера выгодно, потому что объём теплообразующих тканей растёт быстрее, чем площадь теплоотдающей поверхности кожи. Но суровые последствия потери тепла всё равно ограничивали круг предков, от которых могли произойти водные виды.
«Им фактически нужно было стартовать с более крупного размера. Так что морской крокодил не мог произойти от кого угодно. Он должен был эволюционировать от какого-то немаринного крокодила, который уже был немного крупнее обычного», — отметил Гирти.
10 килограммов — порог выживания
Изучив палеонтологическую летопись, Гирти и его бывший научный руководитель Джонатан Пейн из Стэнфорда определили минимальный весовой порог для выживания в водной среде: 10 кг (около 22 фунтов). Когда они построили графики зависимости потери тепла и объёма лёгких от массы тела, две кривые пересеклись почти точно на этом же значении — 10 кг.
«Мы смогли объяснить с помощью этих физиологических уравнений, почему не существовало морских крокодилов ниже определённого размера. Это указывает на то, что эти фундаментальные физиологические ограничения... могут быть одними из самых сильных сил, определяющих размеры животных в течение времени», — заключил Гирти.
Результаты в основном подтверждают более раннее исследование 2018 года под руководством Гирти, которое выявило схожие тенденции у почти 7000 видов млекопитающих.
Эволюционные адаптации
Хотя максимальный размер водных видов оставался почти постоянным, они эволюционировали в 2–3 раза быстрее, чем полуводные и наземные группы. Естественный отбор не только увеличивал размер мелких видов, но и менял форму тела для преодоления водных преград:
- Исчезли чешуя, пластины и другие элементы, увеличивающие сопротивление.
- Головы и хвосты стали более плоскими.
- Морды сузились.
«Все они, вероятно, были больше похожи на дельфинов, чем на современных крокодилов, с ещё более длинными и тонкими хвостами. У некоторых были лапы, почти как ласты», — описал Гирти.
Несмотря на то, что почти все современные виды крокодилов полуводные, эти адаптации хорошо служили водным крокодилообразным более 100 миллионов лет — задолго до того, как млекопитающие осмелились выйти в открытый океан.
«На самом деле, эти существа были весьма успешными. Некоторые из них даже не были затронуты крупными катастрофическими событиями. Когда астероид уничтожил динозавров, одна из морских групп просто продолжила существовать, как ни в чём не бывало», — отметил учёный.