морские млекопитающие
Все млекопитающие , которые приспособились к жизни в море являются называют также морских млекопитающих . Сюда входят киты (включая дельфинов ), тюлени , ламантины и каланы . Эти группы не связаны между собой; их предки были наземными млекопитающими. Хотя тюлени и каланы частично все еще живут на суше и могут там передвигаться, киты и ламантины больше не могут этого делать.
Адаптация к морскому образу жизни включает несколько сходных характеристик. Во всех этих группах, например, передние конечности трансформируются в лопатообразные плавники, а задние конечности либо полностью утрачены (киты, ламантины), либо объединяются в воде, образуя единый хвостовой плавник (тюлени). Кроме того, наблюдается практически полное выпадение волос, образование обширной подкожной жировой клетчатки и изменения в дыхательной системе, чтобы можно было совершать длительные погружения.
В зависимости от определения, белого медведя можно причислить к морским млекопитающим как самого крупного наземного хищника, поскольку он хорошо приспособлен к морской среде обитания.
Анатомо-физиологические особенности
Море представляет собой среду обитания, которая значительно отличается от суши и предъявляет особые требования к живущим в нем организмам. Соответственно, организмы, которые в ходе эволюции переместились с суши в море, имеют различные адаптации в строении тела и физиологии , без которых такой образ жизни был бы невозможен.
рост
За некоторыми исключениями, такими как каланы , млекопитающие, приспособившиеся к морской жизни, как правило, имеют увеличенное тело по сравнению с их ближайшими недавними и ископаемыми родственниками. Это особенно актуально для китов, где синий кит является самым тяжелым известным животным в истории Земли, его длина превышает 30 метров, а масса тела достигает 200 тонн. Но ламантины также значительно крупнее по сравнению со змеями, а среди тюленей морские слоны и моржи достигают значительно большего размера и веса, чем другие хищники на суше, такие как медведи . Это увеличение размера, вероятно, в основном связано с потерей ограничений на суше, вызванной плавучестью в воде и, следовательно, уменьшением силы тяжести . Существует также проблема терморегуляции и скорости метаболизма , которые снижаются жировым слоем и, прежде всего, большим телом: меньшим животным с той же температурой требуется значительно больше энергии для теплового баланса и обмена веществ по сравнению с размером их тела. чем более крупные.
Передвижение
Большинство наземных животных могут более или менее хорошо плавать, но у животных, постоянно живущих в воде, этот базовый навык часто дополняется изменениями конечностей и других частей тела. Многие из этих видов животных образуют перепончатые ноги между пальцами ног и пальцев , которые позволяют большее перемещение воды. Перепончатые животные встречаются у млекопитающих, например, у австралийского утконоса , различных грызунов, таких как бобр , насекомоядных, таких как выхухоль, или даже хищников, таких как выдры . Также для передвижения в воде и в то же время для управления рулем у некоторых из этих животных есть модифицированный весловой хвост, например, у бобра; кроме того, все водные млекопитающие обтекаемы .
Дальнейшим развитием плавательных конечностей является превращение всей руки и ног в плавники . В них пальцы рук и ног не только соединены тонкой кожей, но и полностью интегрированы в мышечную лопатку, и их уже нельзя рассматривать как отдельные лучи. Эта форма трансформации сформировалась только в результате конвергенции среди млекопитающих трех групп морских млекопитающих : тюленей, ламантинов и китов. Все эти группы перешли от жизни на суше к более или менее полноценной жизни в морской воде, и лишь несколько видов китов и тюленей специализировались на пресноводной жизни на следующем этапе.
Среди морских млекопитающих реконструкция конечностей тюленей является наименее продвинутой, особенно для того, чтобы обеспечить возможность передвижения на суше. Передние лапы здесь представляют собой плавник, в котором полностью присутствуют пять пальцевых лучей. Луч первого пальца явно вытянутый и сильно развитый, затем длина равномерно уменьшается. Задняя конечность также содержит все пять лучей, здесь два внешних явно удлиненные. Перепонка, выходящая за пределы лучей пальцев, поддерживается хрящевой тканью. Локомоции , и , таким образом , использование ребер различны в двух больших группах уплотнений: В то время как уха уплотнение использовать передние ребра в качестве органов привода и использовать задние ноги только для управления и поддержки, то собака уплотнение использовать сложенные задние конечности для двигателем и поддерживайте его передними ногами.
У ламантинов передние лапы образуют полностью закрытые лопасти, без каких-либо лучей снаружи. Эти лопасти можно перемещать как в локте, так и в запястье. Задние лапы исчезли, а хвост заменен большим веслом - двуусткой . Последнее является основной движущей силой очень медленного плавания животных; передние плавники образуют весла для управления в воде.
Киты наиболее хорошо приспособлены к морской жизни. Задние конечности у них также полностью отсутствуют, а передние трансформированы в большие лопаточные плавники ( ласты ). В отличие от ламантинов суставов, кроме плечевого, больше нет. В то время как внешние пальцы сильно укорочены, средние пальцы II и III очень длинные и имеют значительно увеличенное количество костей пальцев, а именно до четырнадцати ( гиперфалангия ). Хвост у всех китов образует горизонтальную лапу, которая состоит из двух частей хвостового плавника и обеспечивает движение животных. Для устойчивости в воде у китов есть дополнительный плавник - спинной плавник . Это непарная структура в центре спины, которая поддерживается только соединительной тканью и хрящом и неподвижна.
дыхание
Млекопитающие дышат легкими , а это значит, что им нужен кислород в воздухе, чтобы дышать . Ни одно млекопитающее не может дышать в воде, потому что нет жабр . Из-за этого всем морским млекопитающим необходимо регулярно дышать на поверхности воды. Тем не менее, особенно киты могут нырять очень долго, не нуждаясь в кислороде. Это возможно из-за некоторых физиологических процессов и изменений в легких и других органах.
Ноздри кита находятся на макушке головы, поэтому нет необходимости полностью вылезать наружу, чтобы дышать. С каждым вдохом животные полностью обмениваются между 80 и 90 процентами содержимого своих легких (у наземных млекопитающих эта доля составляет всего около 10–15 процентов). Легкие имеют двойную сеть капилляров , которая в других случаях встречается только у ламантинов и утконоса, и позволяет извлекать вдвое больше кислорода из воздуха, которым мы дышим. По сравнению с наземных млекопитающих, лишь очень небольшая часть 9 процентов от общего кислорода хранится в легких, большая часть около 82 процентов связаны в миоглобина в мышцах , остальное циркулирует в крови . Для сравнения, легкие наземных млекопитающих содержат около 34 процентов кислорода, а мышцы - только 25 процентов. Чтобы кислород мог также эффективно транспортироваться, у китов в два-три раза больше относительного количества крови на килограмм веса тела, чем у наземных млекопитающих. При нырянии дополнительно снижается потребность в кислороде, замедляется кровообращение и сердечная деятельность. Кроме того, некоторые органы и участки тела отделены от кровотока. Специальные приспособления позволяют китам очень долго находиться под водой. Некоторые бороздчатые киты ныряют до 40 минут, кашалоты - до 90 минут, а утки - до двух часов. Кашалоты могут достигать глубины более 3000 метров.
У тюленей, прежде всего, модификации системы кровообращения позволяют более длительные погружения. Несмотря на пониженное сердцебиение при нырянии, кровоток в основном обеспечивается гибкими стенками и полостями вен. Нос и гортань закрыты во время погружения, а также уменьшается приток крови к телу. Значительно большее количество крови, чем у наземных млекопитающих, и повышенная доля пигмента крови гемоглобина также позволяют значительно увеличить потребление кислорода из воздуха, которым они дышат. Тюлень Уэдделла и южный морской слон, в частности, известны своей способностью нырять в течение особенно долгого периода времени и достигать особенно больших глубин.
Ламантины дышат примерно каждые две-пять минут и достигают максимального времени погружения около 20 минут. Как и киты, они могут очень эффективно поглощать кислород через двойную капиллярную сеть, и их метаболизм очень медленный. Частота сердечных сокращений также значительно ниже, чем у животных сопоставимого размера, и ее можно снизить еще больше.
Терморегуляция
Особенно в отношении млекопитающих, таких как гомойотермные , то есть «теплокровные» животные, в морской воде возникает проблема, заключающаяся в необходимости наличия эффективной теплоизоляции. За исключением некоторых тюленей, у морских млекопитающих нет меха, который выполняет эту функцию у наземных млекопитающих, так как в воде он больше мешает. Вместо этого у всех морских млекопитающих образовался очень толстый слой жира, который находится под кожей. Этот подкожный жир изолирует животных от холодной морской воды и гарантирует, что тело может поддерживать постоянную температуру. У некоторых китов этот слой, который они называют барботером , может достигать 70 сантиметров.
В частности, у тюленей без меха температура поверхности тела поддерживается в диапазоне температуры воды за счет уменьшения кровотока, чтобы вода теряла как можно меньше тепла. С другой стороны, мех морских котиков имеет воздушные карманы, которые имеют изолирующий эффект снаружи.
Похожая ситуация и с каланом - единственным морским млекопитающим, не имеющим изолирующего слоя жира. Здесь теплоизоляция обеспечивается исключительно исключительно плотным мехом с воздушными карманами. Морские каланы имеют до 100 000 волосков на одном квадратном сантиметре меха.
Соленость
Из-за высокого содержания соли в морской воде морские организмы, у которых концентрация соли в жидкостях тела значительно ниже, должны иметь возможность выделять избыток соли. Нельзя выделять слишком много воды. Для млекопитающих это означает, что их почки должны производить мочу высокой концентрации . По этой причине почки тюленя лопастные и имеют от 150 до 300 почечных долей ( renculi ). Почки китов имеют даже несколько тысяч зачатков и представляют собой удлиненные органы на позвоночнике .
В обратном подходе морские млекопитающие должны иметь возможность извлекать (пресную) воду из морской воды. Поскольку (пресная) вода постоянно теряется через кожу в результате осмоса, а морская вода, проглоченная с пищей, имеет высокую концентрацию соли, этим животным удается поддерживать значительно более низкое содержание соли в организме. Для биологической жизни характерно поддерживать порядок тела против «самовоспроизводящихся» процессов неодушевленной природы, которые постепенно увеличивают энтропию - беспорядок - в более крупных системах.
Рыба в море обладает такими же способностями, а рыба в пресной воде - наоборот.
питание
Варианты питания в море могут быть построены на разных основах. Как и у наземных млекопитающих, у морских млекопитающих также есть травоядные и плотоядные животные. Ламантины - травоядные животные, которые питаются морской травой и нитчатыми водорослями . Для этого у них есть большие коренные зубы для измельчения пищи.
Большинство тюленей и зубатых китов охотятся на рыбу и других морских животных, которых они могут поймать в рот. Для этого у представителей обеих групп есть однородные заостренные зубы, необходимые для удержания добычи на месте и образующие ловушку у некоторых видов зубатых китов. Другие зубатые киты, такие как клювые киты и различные дельфины, специализируются на охоте на головоногих , особенно кальмаров . У них меньше зубов с большими зубами, которые они могут использовать, чтобы удерживать добычу на месте.
Наиболее модифицированными являются киты, питающиеся крилевыми крабами . Эти крабы живут в огромных стаях и обеспечить средства к существованию для усатых китов . В усатых китах, в том числе крупнейших живых животных в мире, формируемых для ловли крабов горшка уса , что заменить зубы. Когда они охотятся, киты берут в рот огромное количество воды и крабов и фильтруют водные массы, когда они выдавливаются через бороду, крабы попадают в сито из коры и могут быть проглочены.
Конвергенции
Четыре группы морских млекопитающих происходят из самых разных сфер взаимоотношений внутри млекопитающих. Таким образом, тюлени превратились в сестринскую группу медведей в составе хищников . Ближайшие родственники ламантинов встречаются среди слонов и змей . Родство китов окончательно не выяснено. Согласно современным представлениям, они произошли от копытных . Ваши ближайшие родственники, живущие сегодня, скорее всего, бегемоты . Морские выдры - это род выдр , относящийся к семейству куниц . Тем не менее, морские млекопитающие имеют характерное сходство, которое отличает их от наземных млекопитающих. Примерами являются обтекаемая форма, лопаточные верхние конечности, закрывающиеся ноздри и слой жира, который защищает от охлаждения. Это конвергентное развитие - результат адаптации к жизни в открытом море.
Аналогичные адаптации к морской жизни можно наблюдать и у других наземных позвоночных, не являющихся млекопитающими . В пингвины внутри птиц, а также морских черепах и вымерших ихтиозавров , морские крокодилы и плезиозавры были также разработаны обтекаемую форму и ласты. Эти животные также зависят от кислорода в воздухе, и их пришлось соответствующим образом адаптировать, чтобы позволить более длительное время погружения. С другой стороны, терморегуляция играет роль только у пингвинов, которые решают эту проблему с помощью соответствующего нижнего оперения и слоя жира. Как хладнокровные животные, рептилии приспосабливаются к окружающей среде и живут в основном в более теплых морских районах.
Причины изменения среды обитания
Конкуренция с другими жителями суши и / или использование новых ресурсов можно рассматривать как возможные причины для смены среды обитания с суши на море . Так что, возможно, в море был запас пищи для ранних форм современных морских позвоночных, который они могли использовать лучше, чем рыба (например, криль ). Постепенно приспосабливая и развивая ключевые особенности, такие как перепончатые лапы, измененная форма тела и другие особенности, эти животные в ходе эволюции смогли продвинуться дальше в море, чем их конкуренты. Таким образом сформировались особые переходные виды, которые представляют собой предков сегодняшней морской жизни.
подтверждающие документы
- ^ Уильям Гирти, Крейг Р. Макклейн, Джонатан Л. Пейн: энергичные компромиссы контролируют распределение размеров водных млекопитающих. Труды Национальной академии наук (PNAS), 26 марта 2018 г .; онлайн 201712629 дои : 10.1073 / pnas.1712629115 .
литература
- Вилфрид Вестхайд, Рейнхард Ригер (Hrsg.): Специальная зоология. Часть 2: Позвоночные и черепа животных , Spektrum Akademischer Verlag, Мюнхен 2004.
