Ученые открыли новые фундаментальные принципы, управляющие нырянием животных
Ныряние как образ жизни эволюционировало множество раз в животном мире, и экология всех ныряющих животных определяется тем, как долго они могут задерживать дыхание.
Согласно новому исследованию, всеми ныряющими животными — от мелких насекомых до гигантских китов — управляет ряд схожих принципов.
Используя самый большой из когда-либо собранных наборов данных, международная команда ученых изучила, как метаболические ограничения определяют способность к нырянию у дышащих воздухом водных видов, которые эволюционировали, чтобы максимизировать время пребывания под водой.
Они обнаружили, что максимальная продолжительность погружения предсказуемо увеличивается с массой тела у всех животных, но скорость этого увеличения зависит от типа метаболизма.
Эктотермы (холоднокровные существа, такие как амфибии, рептилии и насекомые) могут оставаться под водой дольше при заданной массе тела. Однако влияние увеличения массы тела на продолжительность погружения у теплокровных эндотермов (включая птиц и млекопитающих) выражено гораздо сильнее.
В статье в журнале Proceedings of the Royal Society B ученые заявляют, что их выводы составляют новый фундаментальный принцип эволюционной физиологии, показывающий, что одни и те же «правила» управляют эволюцией ныряния у столь разных животных, как водные жуки и моржи.
Они также предполагают, что это может частично объяснить, почему многие теплокровные ныряющие животные — включая современных китов, а также вымерших рептилий, таких как ихтиозавры и плезиозавры — эволюционировали до относительно крупных размеров тела, поскольку увеличение размера приводило к большему относительному увеличению времени погружения.
Исследование было проведено в Университете Плимута (Великобритания) под руководством международной команды ученых, ныне работающих в Университете Радбуд (Нидерланды), Университете Квебека в Римуски (Канада) и Школе биологических и морских наук Плимута.
Они собрали и проанализировали 1792 записи по 286 видам, включая 62 эктотерма и 224 эндотерма, и проверили, применима ли глобально признанная гипотеза запаса/использования кислорода — предполагающая, что более крупные животные способны нырять дольше и глубже — ко всем ныряющим животным, независимо от их эволюционного происхождения и типа метаболизма.
Ведущий автор, доцент Университета Радбуд доктор Вилко Вербек, сказал: «Наша работа представляет беспрецедентный анализ экологии ныряющего поведения с метаболической точки зрения, имеющий далеко идущие последствия. Она демонстрирует, что масса тела и температура влияют на продолжительность погружения схожим образом у видов, столь эволюционно далеких, как насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. Это показывает, что одни и те же общие физические и физиологические принципы сформировали эволюцию ныряния во всех группах животных, как древних, так и современных, составляя новый фундаментальный принцип для эволюционной физиологии».
Старший автор, профессор водной биологии Университета Плимута Дэвид Билтон, всемирно известный эксперт по водным жукам, добавил: «Наши результаты существенно меняют наше понимание ныряния у животных и помогают лучше разобраться в том, что формирует экологию и эволюцию как ныне живущих, так и вымерших ныряльщиков. Это показывает, что большой размер тела и сопутствующая ему увеличенная емкость для хранения кислорода позволяют совершать более длительные погружения, открывая многим крупным дышащим воздухом существам доступ к ранее недоступным водным экосистемам, и дает возможное объяснение тому, почему многие теплокровные ныряющие животные, как правило, относительно велики».