Предки дельфинов жили на суше. Происхождение, классификация, строение китообразных

Эволюция — не всегда движение к новому. Бывают и отступления. Но это не всегда деградация: все зависит от качества изменений организма в процессе развития. Этот принцип относится и к китам, вернувшимся с суши обратно в воду. Они не только не регрессировали, но и сумели так приспособиться к водной среде, что оставили далеко позади себя все остальные виды живых существ, спустившихся в воду одновременно с ними или после них.

Кто самый близкий родственник бегемота ? Нет, не слон и не носорог . Правильный ответ — кит . Конечно, на первый взгляд это может показаться странным. Кит живет в воде и похож на рыбу: у него и плавники, и хвост… Но физиология китовых однозначно свидетельствует о том, что много миллионов лет назад их предки ходили по земле: киты теплокровны, дышат легкими, а детенышей, выношенных в утробе, выкармливают молоком, как все млекопитающие. Но при чем здесь именно бегемот? Чтобы разобраться в этом, обратимся к очень отдаленным эволюционным событиям.

Водные иммигранты

Возвращение сухопутных живых существ обратно в воду в процессе эволюции случалось не раз. Ученые называют три возможные причины таких переходов: неблагоприятные климатические условия, трудности в поисках пищи и засилье хищников. Зачастую эти факторы действовали одновременно.

Киты как раз и относятся к вторичноводным животным, то есть вернувшимся в океанскую стихию, но занимают среди них особое положение. Кроме мезозойских морских ящеров , это единственная группа позвоночных, которые «полностью забыли» о своем некогда сухопутном образе жизни, в отличие от крокодилов , моржей или пингвинов — тоже вторичноводных, но не потерявших связь с берегом. Киты полностью адаптировались к водной среде, и если их предки ходили на четырех ногах и были покрыты шерстью, то современные китообразные обладают конституцией, идеально подходящей для перемещения в водной среде.

Одной из причин, позволивших предкам китообразных освоить водную среду, могли стать благоприятные внешние условия. Если на суше условия существования ухудшались, то вода вполне могла стать подходящим убежищем. История китовых начинается в эоценовую эпоху, 55 миллионов лет назад. Теплые заливы древнего океана Тетис изобиловали пищей, а ниша, занимаемая крупными морскими хищниками, оставалась относительно свободной. Хотя акулы и крокодилы в те времена чувствовали себя очень неплохо, крупные хищные морские рептилии — плезиозавры и мозазавры — вымерли вместе с динозаврами. Природа дала предкам китов шанс, и они его использовали. Возможно также, что не последнюю роль в прогрессивной эволюции китов сыграл их мозг, который по пока неизвестным причинам развит у китовых лучше, чем у всех остальных современных вторичноводных.

Кто такие китопарнокопытные?

Итак, как мы поняли, с сушей китов не связывает ничего, кроме… правильно — родственных уз с бегемотом. Это в 1985 году установил, сравнивая белки иммунной системы млекопитающих, Винсент Сарич — профессор Калифорнийского университета в Беркли. Однако долгое время такому факту не могли найти прямого подтверждения непосредственно на палеонтологическом материале. Те костные остатки, которые были в распоряжении ученых, давали основание утверждать только то, что родственниками китов были мезонихии — очень дальние хищные предшественники парнокопытных, похожие на массивных собак и жившие в палеогеновый период (63-33 миллиона лет назад). Об этом свидетельствовали зубы ископаемых китов: как и у мезонихий, они были особой формы — трехвершинные. К этому же добавлялись и некоторые сходные черты в строении черепа. Новые палеонтологические данные появились только в последней четверти ХХ века. В те годы в Пакистане, на месте береговой линии древнего океана Тетис, разделявшего в эоцене (55-37 миллионов лет назад) Евразию и Африку, проводил раскопки известный американский палеонтолог Филипп Гингерич. В 1979 году ему попался кусок черепа неизвестного, явно сухопутного животного размером с большую собаку, жившего около 52 миллионов лет назад. Однако строение слуховой системы у находки странным образом напоминало китовую. Речь шла о так называемой слуховой булле, вернее, о ее медиальном утолщении — массивном костном образовании, встречающемся только у современных морских гигантов. Вскоре были обнаружены зубы и челюсть, подтвердившие связь его обладателя с китообразными. Находку так и назвали — пакицет, то есть «кит из Пакистана». Сначала пакицета представляли как земноводного хищника, похожего на тюленя, — переходное звено от мезонихий к ископаемым китам.

И только в 2001 году в распоряжение ученых поступил целый скелет этого животного. Он тоже происходил из Пакистана , но его обнаружил уже не Гингерич, а Ханс Тевиссен — профессор анатомии Северо-восточного университетского медицинского колледжа в Огайо. Оказалось, что обликом пакицет напоминал большеголовую, длинномордую собаку размером с волка, обладающую тем не менее копытцами и длинным хвостом. Он вел полуводный образ жизни, о чем свидетельствуют два факта: с одной стороны, остатки пакицета находят в прибрежных морских или речных отложениях, с другой — его слуховой аппарат был не приспособлен для функционирования в водной среде. Вероятно, эти предки китов отправились на мелководье, изобиловавшее рыбой и различными беспозвоночными, когда климатические изменения сократили наземные пищевые ресурсы и усилили конкуренцию между хищниками. Дело в том, что в эоцене произошло похолодание: температура упала в среднем от +28 до +16 °С, что привело к сокращению площади тропических лесов и появлению на их местах обширных открытых пространств. По мнению ученых, за этим последовало увеличение разнообразия и численности псовых, что и привело к обострению конкуренции между хищниками.

Но самое интересное заключается в том, что пакицет был парнокопытным! Об этом свидетельствует его таранная (надпяточная) кость, формирующая нижнюю часть голеностопного сустава и передающая вес тела на стопу. Как у всех парнокопытных (и только у них), у пакицета она состоит как бы из двух блоков, что обеспечивает гибкость стопы при беге. На взгляд палеонтологов, это служит прямым доказательством того, что непосредственный предок кита (о чем свидетельствует его ушная булла) относился к этому же отряду. Так что предполагаемое родство пакицета с бегемотом — тоже парнокопытным животным, было доказано. Теперь стало очевидным, что китообразные отделились от древних парнокопытных уже после того, как последние разошлись с мезонихиями, поэтому некоторые ученые даже объединяют парнокопытных и китообразных в один отряд так называемых китопарнокопытных (Cetartiodactyla).

Меняю лапы на хвост

После открытия пакицета в эволюционной цепи «встало на свое место» еще одно ископаемое существо, остатки которого Тевиссен обнаружил в 1992 году на пакистанских берегах Тетиса, в геологических слоях возрастом около 48 миллионов лет. Теперь оказалось, что оно идеально подходит на роль переходного звена между современными китами и их наземными предками. Неизвестное животное, обладавшее трехвершинными зубами, ушной буллой и таранной костью, назвали амбулоцетом — «ходячим китом». Обликом амбулоцет напоминал крупноголового крокодила длиной до трех метров. Большие веслоподобные ступни, завершаемые неким подобием копытцев, свидетельствуют о том, что животное было хорошим пловцом. Причем при передвижении в воде его тело двигалось в вертикальной плоскости, так же как у современных китов, тюленей или морских коров, а не в горизонтальной, как у рыб. В свою очередь, крепкие кости ног, подвижные локтевые и запястные суставы говорят о том, что амбулоцет продолжал неплохо себя чувствовать и на суше.

Вероятно, амбулоцеты охотились, подстерегая добычу на мелководье. Их мощные челюсти были способны схватить достаточно крупную жертву, размером со среднего оленя, а благодаря особому строению носа, размещавшегося уже не на конце морды, как у собак, а выше, как у крокодила, эти хищники имели возможность съесть свой обед, не выходя из воды. Глаза амбулоцета уже давали только боковой обзор, а ушные раковины отсутствовали. Зато в отличие от пакицета он хорошо слышал в водной среде: у него в челюсти появился характерный для всех поздних китовых канал, проводивший звук к уху. Движение своей жертвы по суше амбулоцет отслеживал, прижимая голову к грунту и улавливая вибрации от ее шагов. А на основании результата химического анализа зубов ученые пришли к заключению, что хищник мог охотиться как в соленых, так и в пресных водоемах.

Следующей ступенью эволюции китовых стали так называемые протоцетиды, к которым относятся протоцет, родоцет, эоцет и некоторые другие виды, жившие 47-45 миллионов лет назад. Их скелеты не столь «дефицитны» и известны науке еще с первой половины ХХ века. Протоцетиды были первыми китовыми, переместившимися с мелководья на глубину. Эволюция наградила их горизонтальным хвостовым плавником, который будут наследовать все поколения китов вплоть до наших дней. Но если сегодня киты используют этот плавник как основной орган своего движения, однозначно утверждать то же самое относительно протоцетид ученые не спешат.

Известно, что протоцетиды сохраняли довольно заметные задние конечности. Но могли ли они выходить на сушу — неизвестно. Скорее всего, по образу жизни их можно сопоставить с современными моржами. К протоцетидам относится и макарацет. Его остатки были обнаружены в 2004 году в Восточном Белуджистане (Пакистан). Название свое этот зверь получил за сходство с Макарой — персонажем индийской мифологии, представлявшем собой что-то вроде нашего козерога, только с головой слона. Да-да, у макарацета был хобот! Правда, не очень большой. Возможно, что им он собирал моллюсков или других небольших обитателей дна.

Протоцетиды также считаются первыми китообразными, которые сумели распространиться за пределы Индо-Пакистанской области — их остатки найдены в Африке и Северной Америке . Некоторые ученые полагают, что от протоцетид напрямую произошли все более поздние китообразные. По крайней мере протоцетиды задали общую схему дальнейшей эволюции китов: сокращение числа жестко скрепленных между собой крестцовых позвонков (благодаря этому упрощались волнообразные движения тела), исчезновение уже ненужного крестцово-тазового сочленения, к которому крепились задние конечности, сокращение длины шейных позвонков, улучшающее гидродинамику, и перемещение ноздрей на морде все выше.

Протоцетидам наследовали базилозавры, появившиеся на Земле 45 миллионов лет назад. Их ископаемые остатки в основном происходят с юга США и из Египта , но, скорее всего, эти животные были распространены по всему свету. Базилозавры были гигантами: их змеевидное тело с большим хвостовым плавником достигало 25 метров в длину и весило до 6 тонн. Как и прочие древние киты, они имели конические предкоренные и зазубренные коренные зубы. Первый скелет этого морского хищника был найден еще в 1840 году. Находку сделали в Луизиане , на юге США. Но первое его описание было ошибочным: базилозавра приняли за огромную морскую ящерицу (отсюда и его название — «царь-ящерица»). Другие виды позже были найдены в Египте и Пакистане. Больше всего повезло уже известному нам Гингеричу. Ему попался самый полный из всех известных науке скелет базилозавра, да еще 18-метровой длины! Это случилось в 2005 году во время раскопок в так называемой Долине китов, у юго-западной окраины Каира.

Строение позвоночника базилозавра дает возможность предположить, что при плавании он уже мог существенно изгибать тело в вертикальной плоскости (представьте себе, как плывут кит или дельфин). Однако неизвестно: был ли базилозавр способен к длительному плаванию и глубокому нырянию? На сушу он не выходил и, скорее всего, охотился на крупную рыбу недалеко от побережья.

Базилозавры все еще имели задние конечности с несколькими пальцами и подвижным коленным суставом, правда, они были совсем маленькими и не годились для передвижения. Возможно, самцы использовали их для брачных объятий.

Рекордсмены эволюции

Надо сказать, что эволюция китовых шла довольно высокими темпами: уже 40 миллионов лет назад появились их современные подотряды: зубатые и усатые киты. Возможно, что этому способствовали изменения климата: уровень Мирового океана понизился, возникли новые холодные течения, а в Южном полушарии начал образовываться ледяной панцирь. В это время киты стали осваивать открытый океан, учиться глубоко нырять и долго оставаться под водой.

Конечно, представленная эволюционная схема развития китовых далека от полноты, равно как далека от нее палеонтология в целом как наука, и в этом ее особенность. Предстоит совершить еще не одно открытие, которое сможет на следующий миллиметр приблизить нас к объективной истине. Но, вероятно, общий вектор развития китов уже определен и меняться не будет. Это подтверждает и открытие, сделанное в 2006 году учеными из Северо-восточного университетского медицинского колледжа в Огайо. Им удалось установить, что дельфины обладают геном, отвечающим за появление у эмбрионов задних конечностей в первые два месяца вынашивания. Затем активируется «контрген» и ненужные «лапы» исчезают. Такой аргумент должен убедить скептиков, не желающих верить в лихие изгибы эволюции.

Иллюстрации Эльдара Закирова

"Чудовище, неподвижно лежавшее в воде среди мангровых зарослей, заметило добычу - подходящего по размерам зверя, пришедшего на водопой. За нескольких энергичных толчков задних ног оно приблизилось к берегу, запустило свои мощные зубы в тело жертвы и попятилось назад в воду. Когда крепко зажатое в челюстях животное, не имея возможности вздохнуть, перестало биться, хищник выполз на берег, чтобы начать трапезу на твердой земле. На первый взгляд чудовище походило на крокодила - с короткими ногами, массивным хвостом, длинной вытянутой мордой и высоко посаженными, выступающими над поверхностью головы глазами. Однако его тело покрывали не пластинки панциря, а шерсть, ноги заканчивались не когтями, а чем-то напоминающим копыта, а зубы - это были зубы зверя, а не пресмыкающегося..."

Так в представлении палеонтологов выглядит амбулоцетус, один из первых китов. Вернее - существо, которое является «звеном в эволюционной цепи», соединяющее наземных млекопитающих начала кайнозойской эры и современных китообразных: синих, серых и горбатых китов, кашалотов, нарвалов, касаток и дельфинов - всего примерно 40 родов и 80 видов животных, бороздящих просторы Мирового океана.

Эволюционная история китов как одного из самых специализированных отрядов млекопитающих, для биологов, оставалась загадкой даже в XX в. Когда, в 1945 г., Дж.Симпсон составлял систему эволюционных отношений между млекопитающими, на основе имеющихся на тот момент палеонтологических данных, отметил что о китообразных имеются очень скудные данные и поместил этот отряд независимо от других, связав его историю лишь с общим гипотетическим предком плацентарных.

По истечению двух десятилетий палеонтологи нашли большое количество остатков древних китов и их предков, которые относились к эоценовому периоду (55–34 млн лет назад). Это время когда древние киты (археоцеты - Archaeoceti) только начали "входить" в воду. Кости китообразных находили в более поздних олигоценовых (34–24 млн лет назад) слоях. Тогда происходило становление уже двух современных подотрядов этой группы - зубатых и усатых китов. Проведенная переоценка родственных отношений между живущими отрядами млекопитающих, основанная на сходстве белков иммунной системы, показала что киты ближе всего к парнокопытным (оленям и быкам, жирафамы и бегемотам).

На палеонтологическом уровне такая связь могла быть предположительно подтверждена на основе изучения остатков разных представителей древнего (и полностью вымершего) отряда кондиляртр (Condylarthra) - предполагаемых общих предков копытных, хоботных и китообразных. Было обнаружено явное сходство между трехвершинными зубами вновь открытых ископаемых китов и группы хищных кондиляртр - мезонихий (Mesonychia). Также было обнаружено сходство между зубными характеристиками парнокопытных и другой, очень близкой к мезонихиям, группы кондиляртр - арктоционов (Arctocyonids). Исследователи, проводившие эту работу, пришли к выводу, что китообразные произошли от плотоядных, напоминавших своим обликом волков мезонихий, а те, в свою очередь, имели общего предка с парнокопытными (схема А).

По прошествии десятка лет палеонтологи, во время экспедиции американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) в Пакистане, получили дополнительный материал. Они искали остатки эоценовых наземных млекопитающих в местах где они уже находились, но им попадались только морские организмы. Около 50 млн лет назад в этом районе проходила, меняющаяся со временем, береговая линия древнего моря Тетис, которое разделяло на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку. Среди остатков рыб и моллюсков палеонтологами были найдены два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. В то же время в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного.

Спустя два года в Северном Пакистане экспедицией Джинджериша была обнаружена еще одна странная находка. Это был кусок черепа странного создания размером с волка. Рядом были обнаружены остатки других млекопитающих, на этот раз наземных, живших около 50 млн лет назад. Однако череп найденного неизвестного зверя имел черты, напоминавшие некоторые детали строения слуховой системы современных китообразных.

В водной и воздушной среде звуковые волны распространяются по-разному. У китов которые живут в наше время нет наружного уха, а слуховой проход, ведущий к среднему уху, или крайне сужен, или вообще отсутствует. Барабанная перепонка утолщена, неподвижна и не выполняет те функции, которые свойственны наземным животным. Их у китов берет на себя так называемая слуховая булла - особое костное образование, изолированное пазухами. Булла в черепе неизвестного животного, открытого Джинджеришем, хотя и не была по-настоящему «китовой» и явно не могла обеспечить хороший подводный слух, но тем не менее отличалась достаточно характерными изменениями. Выходило, что это существо - его назвали по месту находки пакицетусом (Pakicetus) - могло быть одной из первых эволюционных ступенек на пути перехода от наземных животных к китообразным. В то же время можно было предполагать, что загадочный зверь имел и обычную функциональную барабанную перепонку, позволяющую воспринимать звуки, разносящиеся по воздуху, - на земле он пока проводил никак не меньше времени, чем в воде.

Примерно в то же время другая группа палеонтологов также обнаружила остатки этого животного, а именно фрагмент нижней челюсти и несколько отдельных зубов. Их строение вполне подтверждало связь пакицетуса с мезонихидами, чьи остатки, кстати, были известны примерно из той же местности и тех же временных слоев. Так что все, казалось бы, становилось на свои места: мезонихиды или их близкие родственники действительно «могли претендовать» на роль предков первых китообразных.

В эоцене море было очень благоприятным для заселения млекопитающими. Теплые заливы Тетиса кишели рыбой, обещая сытную жизнь, а ниша крупных морских хищников оказалась относительно свободной. Хотя акулы и крокодилы продолжали чувствовать себя очень неплохо, многочисленные в мезозое водные пресмыкающиеся - плезиозавры, мозазавры и им подобные - теперь исчезли из морских просторов.

Соотношение суши и моря 50 млн лет назад

Но вскоре проводить дальнейшие изыскания в Пакистане стало невозможно - в 1983 г. началась война в Афганистане и весь регион превратился в «горячую точку». Увлекшийся поисками китов Джинджериш переносит работы в Египет, в пустынную долину в 95 милях к юго-западу от Каира - долину Зеуглодона, названную так в честь сделанных здесь в начале XX в. находок архаичных китов зеуглодонов (Zeuglodon). В эоцене большая часть Египта, как и Пакистана, была дном моря Тетис - ныне же остатки животных, бороздивших его воды, лежат вмурованными в песчаник. После нескольких полевых сезонов Джинджериш с командой обнаружил тонкие задние конечности, принадлежавшие 18-метровой «морской змее» - древнему киту базилозавру (Basilosaurus).

Находки базилозавров - животных, ведших, без сомнения, исключительно водный образ жизни и никогда не выходивших на сушу, были известны и ранее. Базилозавры плавали в древних морях примерно 40–37 млн лет назад. Но вот про наличие у них задних ног никто ничего не знал потому, что находили только отдельные части бедренных костей, которые палеонтологи считали рудиментарными. Джинджериш показал, что у базилозавров были ноги! Правда, совсем маленькие - менее полуметра. Использовались ли они как-нибудь или просто были рудиментами, непонятно. Вряд ли они могли сильно помочь при плавании и уж точно не могли быть использованы для выхода на сушу. Было высказано предположение, что огромные змеевидные базилозавры могли использовать их для брачных объятий, удерживая друг друга в колышащихся волнах. Важно, что спустя 10 млн лет после пакицетуса некоторые из древних китов все еще имели конечности. Между этими существами оказалось возможным провести, хотя и предположительно, связь. «Киты с ногами» оказались реальностью.

Очень важное открытие было сделано в 1992 г. Команда американца Ханса Тьюиссена (Hans Thweissen) открыла в Северном Пакистане, в слоях возрастом около 48 млн лет, почти полный скелет «переходного звена» между современными китами и их наземными предками. Большие веслообразные ступни и мощный хвост животного говорил о том, что оно было хорошим пловцом, а крепкие кости ног и подвижные локтевые и запястные суставы - о том, что оно неплохо передвигалось и по суше. «Переходное звено» получило название амбулоцетуса (Ambulocetus natans), «ходящего и плавающего кита».

А еще позже Тьюиссену, Джиндеришу и другим палеонтологам удалось найти окаменелости, позволявшие восстановить последовательные стадии перехода китов от околоводного к океаническому образу жизни. Были найдены остатки длинномордых ремингтоноцетид (Remingtonocetids, например кутхицетуса - Kutchicetus) и протоцетид (Protocetids, например родоцетуса - Rodhocetus), также произошедших от каких-то «пакицетоподобных» предков на берегах Тетиса. От протоцетид произошли уже вполне «дельфинообразные» дорудоны (Dorudon) - возможные предки базилозавров и современных китов, постепенно расселившихся по всем морям земного шара.

На протяжении следующего за эоценом олигоценового периода уровень моря понизился. «Прото-Индия» соединилась с Азией (результатом этого «столкновения» стало возникновение Гималаев), а Австралия и Антарктида удалились друг от друга, в результате чего образовалось широкое свободное кольцо морей в Южном полушарии. Возникло южное циркумполярное течение, начал образовываться ледяной панцирь. Это создавало новые условия для живущих в морях млекопитающих, что, по мнению ряда специалистов, и привело к возникновению современных подотрядов - усатых и зубатых китов. Наиболее древней известной переходной формой между ними и древними археоцетами является Llanocetus, первичный усатый кит, найденный в антарктических отложениях возрастом около 34 млн лет. Судя по всему, он вполне мог питаться крилем. Зубатые же киты, по мнению специалистов, возникли примерно в то же время, развивая способности к эхолокации, которая позволяла активно охотиться в глубине.

К сожалению, находки остатков первых представителей двух современных отрядов крайне редки. Понижение уровня моря в олигоцене осушило прибрежные районы, которые могли содержать эти остатки, и они подверглись разрушению. Но раскопки в более поздних слоях показывают, что немного времени спустя, 30 млн лет назад, настоящие усатые и зубатые киты были представлены несколькими семействами.

Находки же более древних археоцетов и их предков позволяли восстанавливать и пути перехода китообразных к постоянной жизни к океане.

Как было сказано, уже пакицетус имел определенные преобразования в слуховой системе, характерные для китов. Тьюиссен предположил, что он мог пользоваться ими, чтобы воспринимать звуки, распространяющиеся в грунте. Будучи засадным хищником, поджидающим жертву в воде, он мог слышать шаги возможной добычи, приближавшейся к водопою. Вполне возможно, также поступал и амбулоцетус, в челюсти которого уже имелось начало характерного для китов канала, проводящего звук к уху. Положив нижнюю челюсть на грунт - как это делают крокодилы - амбулоцетус «лоцировал» передвижение по берегу своих потенциальных жертв.

Луо (Zhe-Xi Luo) - палеонтолог, сотрудник Музея естественной истории в Питтсбурге, показал, что у базилозавров и дорудонтов - первых полностью водных китов - слуховая система по строению была уже достаточно близка к слуховой системе современных китов. Позже эволюция двух групп - зубатых и усатых китов - пошла разными путями. Первые развили особенности, необходимые для произведения и восприятия высокочастотных звуков, используемых при эхолокации, а вторые «специализировались» на низкочастотных акустических сигналах, позволявших общаться друг с другом на больших расстояниях. Около 28 млн лет назад ранние зубатые киты уже имели некоторые из костных структур, необходимых для восприятия высокочастотных звуков и, соответственно, определенную способность к эхолокации.

Другие важные изменения черепа в процессе эволюции китообразных включали перемещение глазниц с верхнего (как у крокодилов) положения у пакицетуса и амбулоцетуса на бока головы, как у протоцетид и современных китов. Ноздри сместились с вершины морды у пакицетуса на вершину головы (дыхало) у современных китов. Зубы стали простыми и однообразными - приспособленными только для удержания, а не разжевывания добычи. У усатых же китов они исчезли совсем; их «китовый ус» - роговые пластины, с зубами никак не связаны.

Анализ изотопного состава атомов кислорода, присутствующих в зубах ископаемых китов, позволяет делать заключения о том, жили ли они в пресной или морской воде - во второй присутствует большая доля изотопа 18О. Получилось, что организм пакицетусов получал только пресную воду, амбулоцетусы могли жить как в пресных, так и в соленых водоемах, а протоцетиды были уже настоящими морскими животными.

Одна из наиболее важных адаптаций, характерных для китов, - их способность производить вертикальные удары хвостом, обеспечивающие быстрое плавание. Строение тазового пояса амбулоцетуса еще позволяло животному поддерживать свой вес при передвижении по суше, хотя непропорционально большие задние конечности этого животного и веслообразные ступни делали такое передвижение затруднительным. Но такие конечности очень неплохо подходили для гребли при передвижении в воде. У родоцетуса, представителя протоцетид, кости нижнего отдела передней конечности были сжаты и уже напоминали ласты, а длинные нежные ступни, возможно были перепончатыми. Связки между позвонками, формирующими крестец, у родоцетуса были ослаблены, что позволяло позвоночнику изгибаться так, чтобы создавать волнообразные вертикальные движения хвоста. По мнению Джинджериша, он плавал «по-собачьи» на поверхности, а под водой передвигался за счет совмещения толчков веслообразных задних ног и хвоста. Скорее всего, этот зверь еще не полностью порвал с наземной средой и периодически выходил на сушу, где передвигался толчками, - наподобие современных ушастых тюленей.

Базилозавры и дорудонтиды были, как уже сказано, полностью водными созданиями. Как у современных китов, плечо у них оставалось подвижным, а локоть и запястье образовывали передний плавник. Задние ноги и тазовые кости были маленькими и слабыми. Однако вопрос о том, когда именно киты окончательно потеряли задние конечности, остается открытым. Например, у настоящего усатого кита, чьи остатки были совсем недавно обнаружены в слоях возрастом 27 млн лет, еще имелись неплохо сформированные ноги.

В хвостовом отделе дорудона имелся позвонок округлой формы, подобный тому, который имеется у современных китов в основании хвостового плавника. Так что, возможно, дорудоны и базилозавры уже имели вполне китовый хвостовой плавник.

Итак, серия палеонтологических открытий 70–90-х гг. XX в. позволила проследить основные этапы эволюционного становления китов на их пути от наземных к исключительно водным животным. Однако вопрос об их более далеких предках продолжал - да и продолжает - оставаться открытым. Сравнение состава различных участков ДНК современных млекопитающих - представителей разных отрядов - позволил исследователям вновь говорить о высокой степени родства китов и парнокопытных. В то время как мезонихиды с их неясным систематическим положением оказывались вроде бы и ни при чем… Другие анализы показали большое сходство китов с отдельной и весьма специфической, надо сказать, группой парнокопытных - бегемотами (схемы Б, В).

Скелеты современных китов и их предков

Палеонтологи сначала весьма отрицательно отнеслись к подобной интерпретации результатов анализа ДНК - в конце концов, речь шла о сравнении ныне живущих животных, ДНК пакицетуса и амбулоцетуса, само собой, не сохранилась. Мезонихиды же очень подходили на роль предков китов - они отличались «подходящими» морфологическими признаками, и их остатки встречались именно в тех регионах и в тех слоях, где и когда должно было начаться становление китообразных. А вот остатков древних парнокопытных, подтверждавших бы предположения молекулярных биологов, не было.

Ключом к решению проблемы могла бы стать находка принадлежавшей кому-то из древних (еще выходивших на сушу) предков китов так называемой таранной кости, соединяющей кости колена с костями лодыжки. У всех парнокопытных таранная кость имеет очень характерную форму с выемкой-шкивом на обоих концах. Собственно, это и есть один из ключевых признаков отряда.

Осенью 2001 г. Джинджериш сообщил об открытии в восточной части Белуджистана еще одного вида родоцетуса - Rodhocetus astralagus - и новой формы протоцетид - артиоцетуса (Artiocetus). А Тьюиссен и его коллеги в то же время откопали в Пенджабе скелет пакицетуса (ранее был известен только череп) и скелет еще одного зверя, близкого к пакицетусу (Ichtyolests). И все вновь найденные скелеты имели таранную кость характерной для парнокопытных формы. Получалось, что мезонихиды, у которых эта кость была другой формы, действительно не имели отношения к возникновению китов? Их остатки просто оказались «в нужное время и в нужном месте»? Но какие же парнокопытные дали тогда начало китообразным? Бегемоты, как самостоятельная группа, возникли значительно позже. Среди же их предков, как и предков других парнокопытных, ни один из известных ископаемых видов не подходит на роль прародителя китов лучше, чем мезонихиды.

Впрочем, надо заметить, что и само происхождение парнокопытных остается неясным. Может быть, мезонихиды - самостоятельная ветвь этого отряда (а не отряда кондиляртр), утратившая по каким-то причинам характерную форму таранной кости? Тогда они вполне могут иметь общих предков с китообразными. Сейчас существует и такая гипотеза (схема Г). Споры продолжаются, и большинство ученых сходятся на мысли, что загадка самых первых предков китов еще неразгадана. Необходимы новые палеонтологические находки.

По материалам статьи Kate Wong // Scientific American May 2002

Уже в течение достаточно долгого времени учёные уверены, что около 50 миллионов лет назад предки китов и дельфинов топтали копытами сушу где-то там, где сейчас находится южная и юго-восточная Азия. Позднее по каким-то причинам - скорее всего, в поисках пищи — эти звери ушли в воду и на протяжении последующих нескольких миллионов лет превратились в современных китообразных, ныне населяющих все земные океаны. Наиболее древние млекопитающие, давшие начало современным морским гигантам, известные на сегодняшний день, имели перепончатые задние лапы, могли существовать как на суше, так и в водной среде и своим внешним видом напоминали скорее крокодилов.

Кто был последним более или менее сухопутным предком этих предков китов и дельфинов, в течение долгого времени установить не удавалось. На этот счёт высказывались самые разнообразные гипотезы. Среди древних предков в разное время оказывались бегемоты, верблюды, «копытные волки» мезонихии и даже псообразные хищники, например, медвежьи и куньи, родственниками которых являются другие обитатели морей - моржи и тюлени.

Более поздний анализ окаменелых зубов явных предков китов показал их родство всё-таки с копытными. На близкие отношения семейств указывает и сходство протеинов двух современных отрядов млекопитающих, в частности, белков их иммунной системы. Тем не менее, кто именно был предком китов и дельфинов, а главное, зачем им понадобилось возвращаться в море, оставалось неизвестным.

Похоже, учёным удалось найти «пропавшее звено» в эволюции китообразных. И судя по всему, в воду китов загнал не голод, а страх.

Известный специалист по эволюции китов Ханс Тьюиссен из Северо-Восточного медицинского колледжа Университета Огайо и его коллеги из США и Индии опубликовали в Nature результаты исследования почти полного скелета существа, найденного несколько десятков лет назад в Кашмире индийским геологом Ранго Рао.

Древнее млекопитающее, названное индохиусом (Indohyus, сейчас в этом роде выделяют два вида), не было прямым предком современных китов, но было ближайшим родственником всех китообразных, по сравнению с которым все остальные парнокопытные - родственники двоюродные. Индохиусов относят к доисторическому семейству раоэллид (Raoellidae) отряда парнокопытных, и именно это семейство находится в прямом родстве с предками китов, дельфинов и морских свиней, ныне составляющих целый отряд китообразных.

Индохиус, которого изучали Тьюиссен и его коллеги, жил на территории нынешнего Кашмира 48 миллионов лет назад. Тогда здесь находились берега древнего мелководного моря Тетис, уже переставшего к тому моменту быть одноименным океаном. Окаменевшие останки индохиуса были обнаружены в отложениях со дна древней реки, оказавшейся сейчас высоко в горах.

Изучив строение зубов этого древнего млекопитающего, ученые пришли к выводу, что оно скорее было травоядным, нежели хищным, и добывало себе пищу на берегу.

В водоемах же индохиус находил убежище от хищных тварей, угрожавших его жизни.

Внешне похожий на помесь енота и оленя, древний брат китообразных имел длину около 80 сантиметров и, судя по всему, большую часть времени проводил в воде. На это указывают, в частности, тяжёлые кости конечностей, помогавшие животному удержаться на дне. Судя по всему, индохиус, подобно бегемотам, предпочитал плескаться на мелководье.

Скелет Indohys"а

Заштрихованные части скелета реконструированы на основании данных о строении тела парнокопытных из семейства raoellids.

На близкое родство индохиуса и китов указывают внешне неприметные, но очень убедительные для палеонтологов детали. В частности, речь идёт о строении утолщённой зонтичной кости (involucrum), относящейся к области среднего уха. По словам самого Тьюиссена, как только он увидел её, ему стало понятно, что перед ним - самый близкой родственник китов, известный науке. Кроме того, похожим оказалось и строение предкоренных зубов индохиуса и предков современных китов. Прежде такое сходство замечал и Джонатан Гейзлер из Университета Южной Джорджии, однако тех результатов было недостаточно, чтобы сделать твёрдое заявление о родстве китов и раоэллид.

Чтобы установить рацион питания индохиуса, палеонтологи изучили строение его зубов. До сих пор ученые много спорили по поводу адаптации китообразных к употреблению рыбы и мяса - произошла ли она до прихода млекопитающих в океан или после. По мнению многих эволюционистов, само возвращение этих парнокопытных в воду преследовало только одну цель - охоту (точнее, рыбалку).

Тем не менее, анализ относительного содержания стабильных изотопов углерода и кислорода, содержащихся в эмали зубов млекопитающих, показал обратное.

Основываясь на этих фактах, Тьюиссен выдвинул гипотезу о том, что древние предки китов и дельфинов вовсе не думали покорять водные пространства, а попросту бежали туда, гонимые хищными преследователями. Механизм питания рыбой и планктоном выработался много позже.

Как киты пришли в океан?

И.Г. МЕЩЕРСКИЙ

Чудовище, неподвижно лежавшее в воде среди мангровых зарослей, заметило добычу – подходящего по размерам зверя, пришедшего на водопой. За нескольких энергичных толчков задних ног оно приблизилось к берегу, запустило свои мощные зубы в тело жертвы и попятилось назад в воду. Когда крепко зажатое в челюстях животное, не имея возможности вздохнуть, перестало биться, хищник выполз на берег, чтобы начать трапезу на твердой земле. На первый взгляд чудовище походило на крокодила – с короткими ногами, массивным хвостом, длинной вытянутой мордой и высоко посаженными, выступающими над поверхностью головы глазами. Однако его тело покрывали не пластинки панциря, а шерсть, ноги заканчивались не когтями, а чем-то напоминающим копыта, а зубы – это были зубы зверя, а не пресмыкающегося...

Так палеонтологи представляют себе амбулоцетуса, одного из первых китов. Точнее – существо, представляющее собой «звено в эволюционной цепи», соединяющей наземных млекопитающих начала кайнозойской эры и современных китообразных: синих, серых и горбатых китов, кашалотов, нарвалов, касаток и дельфинов – всего примерно 40 родов и 80 видов животных, бороздящих просторы Мирового океана.

Эволюционная история китов – одного из самых специализированных отрядов млекопитающих – оставалась загадкой для биологов на протяжении большей части XX в. Составляя в 1945 г. на основе имеющихся палеонтологических данных систему эволюционных отношений между отрядами млекопитающих, Дж.Симпсон отметил практически полное отсутствие сведений по китообразным и поместил этот отряд независимо от других, связав его историю лишь с общим гипотетическим предком плацентарных.

Однако спустя всего два десятилетия палеонтологам удалось отыскать значительное количество остатков древних китов и их предковых форм, относящихся к эоценовому (55–34 млн лет назад) периоду – времени, когда эти древние киты (археоцеты – Archaeoceti), только начинали осваивать водную стихию. Кости китообразных были найдены и в более поздних олигоценовых (34–24 млн лет назад) слоях, когда происходило становление уже двух современных подотрядов этой группы – зубатых и усатых китов. Параллельно была проведена оценка родственных отношений между ныне живущими отрядами млекопитающих, основанная на сходстве белков иммунной системы. Согласно полученным данным киты оказались ближе всего к… парнокопытным – отряду, представленному в современной фауне оленями и быками, жирафами и бегемотами.

На палеонтологическом уровне такая связь могла быть предположительно подтверждена на основе изучения остатков разных представителей древнего (и полностью вымершего) отряда кондиляртр (Condylarthra) – предполагаемых общих предков копытных, хоботных и китообразных. Было обнаружено явное сходство между трехвершинными зубами вновь открытых ископаемых китов и группы хищных кондиляртр – мезонихий (Mesonychia). Также было обнаружено сходство между зубными характеристиками парнокопытных и другой, очень близкой к мезонихиям, группы кондиляртр – арктоционов (Arctocyonids). Исследователи, проводившие эту работу, пришли к выводу, что китообразные произошли от плотоядных, напоминавших своим обликом волков мезонихий, а те, в свою очередь, имели общего предка с парнокопытными.

Прошло еще примерно десять лет, и палеонтологи получили дополнительный материал, казалось бы, подтверждавший эти предположения. В 1977 г. экспедиция американского палеонтолога Филиппа Джинджериша (P.Gingerish) работала в Пакистане в поисках остатков эоценовых наземных млекопитающих – примерно в тех местах, где такие находки встречались ранее. Однако на этот раз ученым попадались остатки только морских организмов. Собственно, это было неудивительно – около 50 млн лет назад где-то неподалеку проходила меняющаяся со временем береговая линия древнего моря Тетис, разделявшего на протяжении большей части эоценового периода Евразию и Африку.

Однако среди остатков рыб и моллюсков палеонтологи нашли два фрагмента тазовых костей, явно принадлежавших относительно крупным «ходящим» животным. «Мы в шутку говорили о китах с ногами, – рассказывал Джинджериш, – представить себе их всерьез никому из нас и в голову не пришло…» Интересно, что в том же сезоне в другой части Пакистана была обнаружена челюсть примитивного парнокопытного…

Китообра́зные (лат. Cetacea) — отряд млекопитающих, полностью приспособленных к жизни в воде. Китообразных вместе с парнокопытными иногда относят к внесистематической группе китопарнокопытных. В обиходе китами называют всех китообразных, кроме дельфинов и морских свиней. Китообразные являются самыми крупными из известных животных, которые когда-либо обитали на Земле.

Научное название cētus и русское кит происходят от греческого κῆτος «морское чудовище».

В водах России встречается около 30 видов китообразных.

Внешний вид

Китообразные имеют веретенообразное обтекаемое тело, гладкую кожу, практически без шерсти. Толстый слой жира защищает от переохлаждения. Передние конечности преобразованы в ласты, задние атрофированы. Хвост заканчивается большим горизонтальным плавником.

Происхождение

Киты, предположительно, произошли от парнокопытных наземных млекопитающих, которые порядка 50 млн лет назад перешли к полуводному образу жизни.

Существуют разные теории о происхождении китов. Предполагалось, что киты, дельфины и морские свиньи произошли от группы наземных млекопитающих, называющихся Мезонихии. Эти существа были похожи на волков, но имели копыта подобно коровам и оленям. Они жили приблизительно 60 миллионов лет назад вокруг древнего моря Тетис, там, где теперь Средиземное море и часть Азиатского субконтинента.

Мезонихии, вероятно, охотились на рыбу и других водных животных в прибрежных болотах и эстуариях. Поскольку они проводили все больше времени в воде, их тела начали изменяться. Они стали более обтекаемыми, и у них развились мощные, сглаженные хвосты. Их передние конечности постепенно превращались в плавники, а задние деградировали. Появился толстый слой подкожного жира, а волосяной покров начал исчезать. Для облегчения дыхания с поверхности воды ноздри у них переместились наверх головы и постепенно превратились в дыхала.

Новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности, гиппопотамов. На основе этих данных предлагается даже включать китообразных в состав отряда парнокопытные и предлагается название Cetartiodactyla для монофилетического таксона, включающего две эти группы.

Недавние исследования показали, что связующим звеном был род индохиусов, обитавший на территории Пакистана и внешне напоминавший современных оленьковых. В течение эоцена предки китов постепенно приспосабливались к жизни в море, заполняя экологическую нишу, которая освободилась после вымирания мозазавров и плезиозавров. Со временем они утратили всякую связь с сушей и приобрели новые адаптационные признаки, утратив черты, характерные для наземных млекопитающих.

Классификация

От общих предков отделились три подотряда китообразных, объединяющих 127 вымерших и 38 ныне живущих родов: древние киты (археоцеты), усатые (или беззубые) киты (мистакоцеты) и зубатые киты (одоноцеты). Современные два подотряда резко различаются между собой как по внешнему и внутреннему строению, так и по биологии. Беззубые киты имеют вместо зубов ряд роговых пластинок, которые свисают с верхней челюсти, называемых «китовым усом», которыми они фильтруют из воды морской планктон.

Общее описание

К отряду принадлежат высокоспециализированные млекопитающие, приспособившиеся к постоянной жизни в воде. Внешне китообразные напоминают рыб, но отличаются от последних наличием теплокровности, лёгочного дыхания, наличием остатков волосяного покрова, внутриутробным развитием плода и молочным вскармливанием детёнышей, и другими признаками, объединяющими их с остальными млекопитающими.

Размеры у китообразных наибольшие среди млекопитающих: средняя длина тела синего кита 25 м, вес — 90-120 т. Самые маленькие китообразные — белобрюхий дельфин и дельфин Гектора, относящиеся к роду пёстрых дельфинов (Cephalorhynchus): длина тела у них не превышает 120 см, масса — 45 кг.

Хвостовые лопасти кита-горбача

Наименьшее сопротивление воды при плавании китообразным обеспечивает обтекаемое тело торпедовидной или каплевидной формы. Этому же способствуют исчезновение волосяного покрова и ушных раковин. Кожа китообразных отличается большой упругостью, эластичностью и несмачиваемостью, что уменьшает трение при быстром плавании.

Голова обычно массивная; заканчивается тупо, заострена или вытянута в «клюв» (рострум). Голова почти без видимого шейного перехвата переходит в туловище, которое постепенно сужается в хвостовой стебель.

Передние конечности превратились в плоские и жёсткие грудные плавники (ласты), которые служат в основном «рулями глубины», а также обеспечивают повороты и торможение. Кистевые части ласт внешне не расчленены, а иногда и сращены внутри.

Свободные задние конечности атрофировались, хотя у некоторых видов обнаруживаются рудименты тазовых костей.

Хвостовая часть тела латерально уплощена; она очень гибкая и мускулистая, служит основным локомоторным органом. На её конце имеются парные, горизонтальные хвостовые лопасти.

Кроме того, у большинства видов на спине находится непарный спинной плавник, который служит своеобразным стабилизатором при плавании.

Хвостовые и спинной плавник относятся к кожным образованиям и лишены скелета; внутри них находится хрящевая ткань.

Грудные, спинной и особенно хвостовой плавники обладают переменной упругостью, которая обеспечивается особыми кровеносными сосудами. Упругость плавников зависит от скорости плавания. Помимо локомоторной плавники выполняют терморегулирующую функцию: через них в первую очередь уходит избыток тепла.

Кожные железы у китообразных отсутствуют; исключение составляют 2 молочные железы, которые расположены в задней половине тела. Соски (2) помещаются в продольных кожных карманах по бокам мочеполовой щели и наружу выступают только у кормящих самок. Под кожей находится слой жировой ткани (ворвани) толщиной от 2,5 до 30 см.

Подкожный жир защищает тело от переохлаждения, помогает удерживать в организме воду, которая иначе диффундировала бы в окружающую среду, а также является энергетическим запасом на время голодовок. Температура тела за счёт хорошей изоляции жировой прослойкой колеблется в пределах от 35 до 40 °C.

Волосяной покров отсутствует. У усатых китов на морде растут отдельные щетинковидные волоски, похожие на вибриссы наземных млекопитающих; они служат органом осязания. У зубатых китов вибриссами во взрослом состоянии обладают только гангский дельфин и амазонская иния, живущие в мутной речной воде; у большинства других зубатых китов вибриссы имеют лишь эмбрионы.

Окраска китообразных бывает однотонной, противотеневой (тёмной сверху и светлой снизу) или пятнистой. У некоторых видов она подвержена возрастной изменчивости.

Скелет

Скелет у китообразных губчатый. В позвоночнике от 41 до 98 позвонков, образующих 4 отдела: сильно укороченный шейный (всегда из 7 позвонков, общая длина которых не превышает 15 см), грудной, поясничный и хвостовой. Грудной отдел несет 10-17 пар рёбер, из которых только первые 2-8 пар сочленены с грудиной.

Межпозвоночные диски придают позвоночнику, особенно его хвостовой части, большую гибкость и подвижность. Задние конечности и крестцовый отдел позвоночника, как правило, утрачены, а кости таза рудиментарны и не соединены с позвоночником. Грудной плавник поддерживает очень короткая плечевая кость, две кости предплечья и многочисленные кости кисти, иногда слитые в лопастеподобную структуру.

Скелет усатого кита (видны рудименты тазовых костей)

Череп китов приспособлен к специфическому способу дыхания — ноздри смещены на темя. Носовые кости уменьшены; теменные сдвинуты вбок так, что верхнезатылочная кость соприкасается с лобными костями. Кости челюстей удлинены в связи с увеличением числа зубов или развитием цедильного аппарата.

Зубы у всех китов имеются в эмбриональном состоянии, но у усатых китов атрофируются, не прорезываясь, и заменяются бахромчатыми роговыми пластинами т. н. китового уса. У зубатых китов зубы конические, однородные, недифференцированные на резцы, клыки и коренные. Наибольшее их число отмечается у продельфина Stenella longirostris: от 172 до 252 зубов. Меньше всего зубов у нарвала: 2 зуба в верхней челюсти, причём у самок они обычно не прорезываются, а у самца левый зуб превращён в длинный бивень.

Органы пищеварения

Язык хорошо развит, мягкие губы отсутствуют. Слюнных желез нет или они рудиментарные. Китообразные заглатывают добычу целиком, не пережёвывая. Желудок сложный, многокамерный; способен растягиваться и вмещать до 1,5 т пищи (синий кит). Первый, безжелезистый, отдел желудка представляет собой нижнее выпячивание пищевода и служит для мацерации и механической обработки пищи; отсутствует у клюворылых китов.

Кардиальный отдел обильно снабжён железистыми клетками, выделяющими пищеварительные соки; он складчатый, сильно растяжимый, иногда дву— или трёхраздельный. Пилорический отдел представляет расширенную переднюю часть двенадцатиперстной кишки. Длина кишечника превышает длину тела: от 4-5 раз (у гангского дельфина и бутылконосов) до 15-16 раз (кашалот) и даже до 32 раз (дельфин Ла-Платы).

Органы дыхания и кровообращения

Наружных ноздрей 2 у усатых китов и 1 у зубатых китов. Они смещены на верх головы и снабжены особыми клапанами, рефлекторно запирающими дыхательные пути при нырянии и отпирающими при выныривании. Вследствие особого строения гортани воздухоносный ход отделён от пищевода, что позволяет киту безопасно дышать, даже если в ротовой полости находится вода. Носовой канал у большинства видов соединён с особыми воздушными мешками, выполняющими роль звукосигнального органа.

Трахея и бронхи укорочены, что способствует убыстрению акта дыхания. Лёгкие однодольчатые с сильно развитой гладкой мускулатурой, позволяющей за один выдох-вдох обновлять воздух на 80-90 % (у человека в норме без физического напряжения только на 15 %). Число альвеол больше и размеры их крупнее, чем у наземных млекопитающих.

Китообразные способны находиться под водой от 2-10 до 30-40 минут (кашалот — до 1,5 часов). Длительность погружения обеспечивают большая ёмкость лёгких и повышенное содержание миоглобина в мышцах. Кислородная ёмкость крови увеличена за счёт высокого содержания гемоглобина и повышения его концентрации в эритроцитах.

Процесс дыхания китообразных можно подразделить на выдох после длительного погружения, промежуточные акты дыхания и глубокий вдох перед следующим погружением. Когда кит всплывает на поверхность, выдыхаемый им с силой воздух, соприкасаясь с более холодным наружным, формирует столб конденсированного пара (фонтан).

У разных видов китообразных фонтан различается по форме и высоте. У крупных китов выдыхаемый воздух выталкивается через дыхало с такой силой, что производит громкий трубный звук, в спокойную погоду слышимый с большого расстояния. Во время промежуточных вдохов и выдохов кит ныряет неглубоко, плывет почти по прямой линии, дыша через правильные промежутки времени. Число промежуточных актов дыхания тем больше, чем дольше кит остаётся под водой во время основного погружения.

Во время погружения пульс у китообразных замедляется более чем в 2 раза, и ток крови перераспределяется так, что кислородом снабжаются в первую очередь мозг и сердечная мышца. Менее чувствительные к кислородному голоданию ткани (особенно мышцы тела) переходят на «голодный паёк». Слабая чувствительность дыхательного центра мозга к накоплению в крови углекислоты позволяет китообразным значительно удлинять дыхательную паузу.

Органы чувств

Масса головного мозга у китообразных — наибольшая среди млекопитающих в абсолютных цифрах, достигая у кашалота 7,8-9,2 кг, но относительно массы тела она невелика. Так, у голубого кита она составляет всего 0,007 % общей массы. Головной мозг высоко дифференцирован, органы чувств развиты, хотя и не одинаково.

Обоняние китообразными почти утрачено. Обонятельные доли мозга и обонятельные нервы отсутствуют полностью (зубатые киты) или имеются в зачаточном состоянии (усатые киты). Вкус, видимо, развит довольно слабо; предполагают, что киты способны на вкус различать солёность воды и обнаруживать по моче и фекалиям своих сородичей.

Осязание развито превосходно; кожа богато иннервирована. На голове у усатых китов сохраняются редкие осязательные волоски, которые действуют как вибриссы и играют определённую роль при поисках массовых скоплений планктона. Зубатые киты, питающиеся одиночной и сравнительно крупной добычей, в вибриссах не нуждаются; исключение составляют речные дельфины, живущие в мутной воде.

Глаза расположены по бокам головы и относительно небольшие: у крупных китов глаз имеет массу около 1 кг, у мелких дельфинов размером с глаз собаки. Веки неразвиты. Роговица и склера толстые и плотные. Глазное яблоко почти шаровидное, спереди несколько уплощённое. Хрусталик имеет округлую форму. Зрение у многих видов монокулярное, без общего поля зрения. Китообразные как правило близоруки, исключение составляют дельфины. Слёзные железы редуцированы; слёзно-носовой проход отсутствует. От механического и химического воздействия воды глаза предохраняет жирный секрет гардеровой железы. Имеются конъюнктивные железы, не известные у других млекопитающих.

Органы слуха сильно видоизменены. Ушная раковина отсутствует. Слуховой проход сужен и открывается позади глаза маленьким отверстием; видимо, служит отдельным чувствующим органом, воспринимающим изменение давления. Барабанная перепонка выгнута наружу (усатые киты) или внутрь (зубатые киты). Звук китообразные воспринимают через кости черепа и нижнюю челюсть, чей задний конец близко подходит к области внутреннего уха и иннервирован ветвью тройничного нерва.

Строение внутреннего уха у китообразных очень сложное, с увеличенной улиткой. Звук для водных организмов — важнейший источник информации, так как в воде звуковые колебания распространяются в 5 раз быстрее, чем в воздухе. Китообразные способны улавливать звуковые волны в диапазоне от 150 Гц до ультразвуковых колебаний в 120—140 кГц. Наиболее остр слух зубатых китов; у усатых китов он хуже по сравнению с наземными млекопитающими.

Песни китов

Характерный V-образный фонтан южного кита Eubalaena glacialis

Китообразные издают звуковые сигналы в тех же частотах, которые воспринимают сами. Поскольку голосовые связки у них отсутствуют, звуки производятся в результате вибрации «звуковых губ» (зубатые киты) или с помощью гортани и глотки (усатые киты).

Коммуникационные звуковые сигналы, издаваемые китообразными, многочисленны и разнообразны; имеются особые сигналы питания, беспокойства, страха, спаривания, боли и т. п. Некоторые китообразные из подотряда Odontoceti, подобно летучим мышам, способны к направленной эхолокации. У них образовался особый эхолокационный аппарат, состоящий из жировой подушки и вогнутой передней поверхности черепа, которые действуют как звуковая линза и рефлектор, концентрируя излучённые ультразвуковые сигналы и в виде звукового пучка направляя их на объект.

Половой диморфизм

Половой диморфизм выражен главным образом в разнице размеров самцов и самок. Самки усатых китов крупнее самцов; самки большинства зубатых китов, наоборот, меньше.

Приспособление к среде обитания

Особенности дыхательной и кровеносной системы позволяют китообразным долго находиться под водой с одним запасом воздуха (кашалоты до 1,5 часов). Способность гемоглобина связывать кислород у китов выше, чем у наземных млекопитающих, существенная часть кислорода накапливается в мышечном гемоглобине. При нырянии резко замедляется пульс и ограничивается подача кислорода к органам, менее чувствительным к кислородному голоданию.

Образ жизни

Распространены китообразные во всех океанах и в некоторых морях. Имеются холодолюбивые виды, живущие в полярных и субполярных водах (белухи, нарвалы, гренландские киты), теплолюбивые (полосатик Брайда), тропические и субтропические (многие дельфины, карликовые кашалоты) и виды с широким ареалом, включая космополитичные (полосатики, кашалоты, косатки). Встречаются как возле побережий, так и в открытом море. Представители некоторых видов способны подниматься вверх по рекам или постоянно жить в реках и эстуариях.

Большинство видов — стадные животные; держатся группами от нескольких до сотен и тысяч голов. Питание, как правило, специализированное; среди китов встречаются планктофаги, теутофаги, ихтиофаги и сапрофаги.

Косатки — единственные китообразные, регулярно поедающие не только рыб и беспозвоночных, но и теплокровных животных (птиц, тюленей, др. китов). Некоторые виды плавают очень быстро (косатки, многие дельфины), другие относительно медлительны.

Большинство китов держатся в поверхностных водах; некоторые могут нырять на значительную глубину (кашалот). В результате приспособления к сезонным условиям питания и размножения китообразные образовали несколько биологических групп.

Для одних видов характерны строго регулярные сезонные миграции в пределах северного или южного полушария: на зиму они плывут в низкие широты для родов, а на лето — в умеренные и высокие для нагула жира (почти все усатые киты, часть клюворылых и кашалоты).

Самые длинные миграции среди всех млекопитающих совершают серые киты, которые в год проплывают до 12 000 км, перемещаясь от зимовочных участков у берегов Калифорнии к местам летней кормежки в Беринговом море и обратно. Другие также совершают миграции на значительные расстояния, но менее регулярно и с нарушениями сезонных сроков (малые косатки, гринды, сейвалы, нарвалы).

Третьи перешли к сравнительно оседлому образу жизни, совершая кочевки в пределах небольшой акватории (афалины, речные дельфины, серые дельфины и др.). Миграции китообразные совершают в пределах знакомых областей, придерживаясь опредёленных путей.

Размножение

Преимущественно моногамны. Большинство видов размножается 1 раз в 2 года, только некоторые дельфины плодятся ежегодно, спариваясь вскоре после родов. Периоды спаривания и ще́нки обычно растянуты во времени. Самцы способны к оплодотворению постоянно или большую часть года. Беременность у разных видов длится от 7 до 18 месяцев.

Мигрирующие виды родят главным образом зимой в тёплых водах; немигрирующие — летом. Характерна многоплодность: у самок в начале беременности в матке могут находиться 2-3 зародыша, из которых вскоре остается только один. Двойни редки.

Роды происходят под водой; плод выходит хвостом вперёд. Детёныш хорошо развитый, крупный — до 1/2—1/4 длины тела матери; сразу способен к самостоятельному передвижению. Первый дыхательный акт он совершает, как безусловный рефлекс, в момент первого выныривания на поверхность. С первого дня детёныш плавает бок о бок с матерью, используя давление гидродинамического поля вокруг неё, что позволяет ему плыть пассивно. У самок сильно развит материнский инстинкт.

Кормление происходит под водой; молоко потребляется в течение нескольких секунд, но очень часто. Детёныш плотно захватывает сосок, и молоко вбрызгивается в его ротовую полость сокращением особых мышц самки. Китовое молоко очень питательное; оно густое, обычно кремового цвета, жирностью до 54 %. Характерно, что его поверхностное натяжение в 30 раз больше, чем у воды, поэтому струя молока не расплывается в воде. Самки китов продуцируют в сутки от 200—1200 г (дельфины) до 90-150 л (финвал) и 200 л (синий кит) молока. Детёныш во время вскармливания растёт очень быстро, к его концу увеличиваясь на 1/3-1/2 первоначального размера. Вскармливание продолжается от 4 месяцев (мелкие дельфины) до 13 (кашалоты), а в неволе даже до 21-23 месяцев (афалины).

Половая зрелость наступает в 3-6 лет, но замедленный рост тела длится и после того, до 12 лет. Физическая зрелость наступает, когда скелет окончательно окостеневает и все эпифизы позвоночника срастаются с телами позвонков. Процесс окостенения позвоночника начинается с обоих концов позвоночника, причём с хвостового идёт быстрее, чем с головного, и заканчивается в грудном отделе. Последовательные изменения в позвоночнике иногда используют для определения возраста кита.

Численность и значение для человека

Китобойный промысел

В недавнем прошлом практическое значение китообразных для человека было довольно велико. Практически все органы китов использовались для выработки пищевых и технических продуктов. Из подкожного сала и костяка вываривался жир, который потом перерабатывался на лярд и маргарин, смазочные вещества, технический и дистиллированный глицерин, мыло, театральный грим, стиральный порошок и т. д.

Полимеризированный жир использовался для изготовления линолеума и типографской краски. Спермацет кашалотов служил сырьём для производства косметических кремов и помады, а также смазочных материалов. Вываренный костяк, внутренности и части мускулатуры перерабатывались на удобрение (тук) и на кормовую муку для скота и птицы.

Из белковой части китового сала получали желатин и клей. Из китового уса до развития производства пластмасс изготовляли пружины для диванов и матрацев, корсеты, щётки, веера и т. д. Зубы кашалота шли на резные изделия. Мясо в консервированном, засоленном или свежем виде употреблялось как пищевой продукт. Из печени китов добывали витамин A; из желез внутренней секреции (поджелудочной и зобной) изготавливали медицинские препараты (камполон, инсулин и др.). Амбра, извлекаемая из кишечника кашалотов, высоко ценится в парфюмерной промышленности как закрепитель духов.

Чрезмерно интенсивный промысел пагубным образом сказался на численности китообразных, приведя многих представителей этого отряда на грань исчезновения. Многие китообразные занесены в списки Международной Красной книги. В настоящее время коммерческий промысел китов запрещён мораторием Международной комиссии по регулированию китобойного промысла и законами большинства стран и в ограниченных объёмах ведётся только Норвегией, Исландией и Японией, а также некоторыми аборигенными народами в качестве одного из традиционных занятий.