Водні ссавці були змушені стати великими, щоб не замерзнути - але не дуже великими, щоб не померти від голоду.
Питання в заголовку може здатися знущальним: ми всі знаємо, як виглядають кити (синій кит взагалі найбільша тварина на Землі), адже є ще морські слони, моржі, ламантини, які виглядають досить і вельми значно.
Всі вони один одному далеко не родичі: з еволюційної точки зору, тюлені, морські слони та інші ластоногі найближче до собак, ламантини і дюгоні - до слонів, китоподібні - до бегемот та інших копитних. Почавши освоювати водне середовище, ссавці сильно збільшилися в розмірах. Досі зазвичай кажуть, що вони такі великі, тому що вода тримає вагу - на відміну від якихось слонів, яких тримають тільки власні ноги. Іншими словами, морські ссавці стали такими великими просто тому, що могли.
Однак, як вважають дослідники зі Стенфорда, морські звірі могли б бути насправді ще більше, якби не деякі обмеження енергетичного плану. Джонатан Пейн (Jonathan L. Payne) і його колеги порівняли по масі тіла кілька тисяч видів звірів, серед яких 70% було нині живих і 25% вимерлих. Серед вимерлих були і предки тих, хто зараз живе у воді.
В результаті вдалося виявити цікаву закономірність в тому, як змінювалися розміри різних груп звірів при переході з суші в море. Виявилося, що чим менше були сухопутні предки, тим сильніше збільшувалися в розмірах їх водні нащадки. Тобто, наприклад, якщо предок був розміром з собаку, то нащадки виростали в порівнянні з ним досить сильно в порівнянні з тим, коли предок був розміром з бегемота.
Іншими словами, для життя у воді є оптимальний розмір; для різних груп він може бути свій, але тим не менш, якщо звір виявиться більше або менше цього розміру, йому буде жити у воді вкрай незатишно. У статті в PNAS автори роботи пишуть про те, що всім ссавцям, які вирішили повернутися у воду, довелося стати більше: у води більша теплопровідність, і у воді тіло втрачає тепло набагато інтенсивніше, ніж у повітряному середовищі.
Тут все визначає співвідношення площі поверхні тіла і його об'єм: чим більша поверхня відносно обсягу, тим сильніше тепловтрати. Притому при збільшенні розмірів обсяг зростає швидше площі поверхні, а значить, великі розміри допомагають зберегти тепло.
Чому ж тоді всі вони не стали розміром з китів? Тому що велике тіло потрібно якось годувати. Великому тілу потрібно більше їжі, і врешті-решт, якщо ти все збільшуєшся і збільшуєшся, то виявляється, що ти просто не можеш прогодувати сам себе. Тобто водні тварини стали великими не просто тому, що могли, а тому, що це було необхідно. Притому їх розміри виявилися суворо обмежені з двох сторін, і стати дуже великими вони не змогли з тих же самих енергетичних міркувань.
За словами авторів роботи, діапазон розмірів у водних ссавців в цілому набагато більш вузький, ніж у сухопутних. Правда, тут є два винятки: видри і горезвісні вусаті кити (до яких належить і синій кит). Однак обидва винятки можна пояснити.
Видри залишилися досить невеликими, оскільки вони все-таки досить багато часу проводять на суші - вони залишилися більшою мірою сухопутними, ніж інші водні ссавці. Що ж вусатих китів, то їм вдалося вирішити проблему з їжею, навчившись фільтрувати морську воду на предмет планктону і дрібної риби - такий спосіб харчування не вимагає багато енергії; іншими словами, китам не потрібно витрачати багато сил на те, щоб прогодувати самих себе.