Чарльз Дарвин в первом издании «Происхождения видов» писал, что североамериканские черные медведи

«…часами плавали с широко раскрытой пастью, ловя, подобно киту, насекомых в воде. Даже в таком крайнем случае, как этот, при постоянном снабжении насекомыми и отсутствии в стране более приспособленных конкурентов, я не вижу никаких трудностей в том, чтобы род медведей в результате естественного отбора становилась все более водной по своему строению и повадкам, со все более крупной пастью, пока не появилось существо, чудовищное, как кит».¹

Критики посмеялись над этим, и Дарвин убрал это из последующих изданий своей книги, хотя в частном порядке продолжал в это верить. Однако для того, чтобы превратить медведя в кита, нужно гораздо больше, чем увеличенная пасть.

Некоторые […] млекопитающие проводят много времени в воде. К ним относятся тюлени, морские львы и выдры. Но эти существа не являются полностью водными; точнее было бы назвать их «земно-водными». В отличие от них, киты, дельфины и морские свиньи всю свою жизнь проводят в воде. Хотя дельфины иногда выныривают на берег в погоне за добычей, они погибнут, если быстро не вернутся в воду.

Китов, дельфинов и морских свиней называют китообразными (cetaceans), от латинского слова, означающего «кит». Судя по ископаемым останкам, сухопутные млекопитающие существовали раньше китообразных. Но эволюционировали ли первые во вторых, как считал Дарвин? По мнению Дарвина, этот процесс должен был быть постепенным: каждое животное на этом пути отличалось от своих родителей «различиями, не большими, чем мы видим между разновидностями одного и того же вида в настоящее время».² Кроме того, этот процесс не был преднамеренным: «В изменчивости органических существ и в действии естественного отбора, по-видимому, не больше замысла, чем в том, как дует ветер».³

Дыхание, плавание, размножение

Что нужно сделать, чтобы превратить сухопутное млекопитающее в кита? На самом деле список довольно длинный, но мы остановимся только на дыхании, плавании и размножении.

Как и все млекопитающие, китообразные дышат воздухом, но им приходится делать это, находясь почти полностью под водой. Поэтому у китообразных на макушке головы есть ноздри, называемые «дыхательными отверстиями», поскольку на поверхности они выдувают из них воздух, насыщенный влагой. Дыхательные отверстия необычны не только из-за своего анатомического расположения. Они совсем не похожи на ноздри других млекопитающих. Дыхательное отверстие китообразных окружено толстыми мускулистыми «губами», которые плотно закрывают отверстие, за исключением тех случаев, когда животное целенаправленно пытается открыть его на поверхности. Таким образом, полное погружение под воду требует от китообразных меньше усилий, чем от животных, которые должны активно исключать попадание воды в дыхательные пути.⁴

Китообразные часто ныряют в погоне за добычей. Дельфины и морские свиньи могут нырять на глубину до трехсот метров. Кашалоты могут погружаться на 2 000 метров, а клюворылые киты – почти на 3 000 метров. Давление на животное у поверхности составляет одну атмосферу, и оно увеличивается примерно на одну атмосферу на каждые десять метров глубины. Таким образом, давление на ныряющего кашалота может быть в двести раз больше, чем на поверхности.

Колеблющиеся ребра

Кости не могут защитить легкие животного при таком высоком давлении, поэтому легкие китообразных схлопываются при глубоких погружениях. Чтобы сделать это возможным, в их грудной клетке есть множество «колеблющихся ребер», которые не прикреплены к грудной кости. Кроме того, у китообразных диафрагма расположена почти параллельно позвоночнику, а не перпендикулярно ему (как у людей). Анестезиолог Ричард Браун и физиолог Джеймс Батлер отмечают, что «большая площадь контакта между легкими и диафрагмой у китообразных позволяет диафрагме плавно схлопывать легкие по самому короткому размеру легких» (от живота до спины).⁵

Есть еще одна причина, по которой легкие китообразных должны схлопываться во время глубоких погружений. Воздух содержит азот, который под высоким давлением может всасываться из легких в кровь. При снижении давления азот может выходить из крови, вызывая потенциально смертельную декомпрессионную болезнь («кесонная болезнь»). Китообразные избегают этой проблемы, схлопывая легкие и выпуская воздух.

Но при схлопывании легкого возникает другая проблема: как быстро восстановить его на поверхности. Чтобы ткани в свернувшихся воздушных мешках не прилипали друг к другу, легкие глубоко ныряющих млекопитающих содержат специальные «сурфактанты», обладающие антиадгезивными свойствами.⁶

Одного обтекания недостаточно

Китообразные имеют обтекаемые тела, которые позволяют им быстро перемещаться по воде. Синие киты и косатки могут развивать скорость до 48 километров в час. Но одного обтекания недостаточно: для приведения себя в движение китообразные обладают хвостовыми плавниками – плоскими горизонтальными лопастями на концах хвостов. Лопасти – это не пассивные, гибкие ласты, как у людей, ныряющих с аквалангом. Вместо этого движения хвостового плавника координируются сложной системой длинных мощных сухожилий, соединяющих его со специализированными мышцами в хвосте.

Согласно классической книге Эверхарда Слейпера о китообразных, лопасти

«могут перемещаться относительно других частей, поэтому тот факт, что во время движения хвостовые плавники составляют угол с остальной частью хвоста, объясняется не их пассивной реакцией на давление воды, как у рыбы, а активным мускульным усилием».⁷

Хвостовые лопасти по форме напоминают крылья самолета: обтекаемый аэродинамический профиль, закругленная передняя кромка и длинная коническая задняя кромка. Биологи, проанализировавшие лопасти в 2007 году, пришли к выводу, что они «в целом сопоставимы или даже лучше генерируют подъемную силу, чем созданные аэродинамические профили».⁸

Загадка внутренних тестикул

В обтекаемых телах самцов китообразных отсутствуют внешние тестикулы. Вместо этого они находятся внутри тела. У большинства млекопитающих (даже у морских львов) тестикулы находятся снаружи тела, поскольку для выработки сперматозоидов обычно требуется температура на несколько градусов ниже нормальной температуры тела. У китообразных тестикулы охлаждаются ниже температуры тела с помощью рекуперативного противоточного теплообмена. Вены несут холодную кровь от спинного плавника и хвостового плавника к тестикулам, где она течет по сети вен, проходящих между артериями, несущими теплую кровь в противоположном направлении. Таким образом, артериальная кровь охлаждается до того, как достигает тестикул.⁹

Внутренняя иннервация тестикул не могла предшествовать появлению противоточной системы теплообмена, иначе самец китообразного был бы стерилен. Однако нет никаких адаптивных преимуществ в наличии противоточной системы теплообмена вокруг тестикул, если они не находится внутри тела.

Самки китообразных имеют специализированные соски для питания молодняка под водой. Материнские соски утоплены в двух щелях. По словам Слейпера, «во время питания детенышей китообразные двигаются очень медленно; детеныш следует позади и приближается к соску со спины. Затем корова поворачивается немного в сторону, чтобы детенышу было легче добраться до соска, который тем временем вылез из своей щели. Поскольку у теленка нет губ, ему приходится захватывать сосок между языком и нёбом».¹⁰

Затем мать с силой вливает молоко в рот детенышу. Даже после того, как детеныш отпустит сосок, из него часто можно увидеть струйку молока. Молодые телята не могут находиться под водой так долго, как взрослые; им приходится часто всплывать, чтобы дышать. Поэтому молоко в три-четыре раза более концентрированное, чем коровье и козье; по консистенции оно напоминает сгущенное молоко или жидкий йогурт. Таким образом, теленок получает гораздо больше питательных веществ за гораздо более короткое время.

Случайность или замысел?

Если бы мы захотели превратить сухопутное млекопитающее в кита, вот несколько изменений, которые нам пришлось бы внести. Могли ли эти изменения произойти случайно, без замысла?

Люди, верящие в дарвиновскую эволюцию, отмечают, что были найдены окаменелости животных, которые могли быть переходными между полностью наземными млекопитающими и полностью водными китообразными. У ископаемых животных были ноги, но большую часть времени они, вероятно, проводили в воде. Дарвиновские палеонтологи называют их «ходячими китами», потому что у них есть особая ушная кость, которая раньше встречалась только у китообразных (хотя сейчас эта кость найдена у вымершего сухопутного млекопитающего Indohyus, которое не классифицируется как китообразное). Но эти якобы переходные животные анатомически больше похожи на «земно-водных» морских львов и выдр, чем на китов, а переход от «земно-водных» к полностью водным должен был произойти в геологический миг.¹¹

Однако даже если бы переход был идеально задокументирован промежуточными формами, это не дало бы ответа на вопросы «как?». Как возникли черты, необходимые для полностью водного образа жизни? Как задние конечности морского льва превратились в хвостовой плавник (а это совсем другое)? Как тестикулы самца стали одновременно внутренними и окруженными противоточными системами теплообмена? Как у самки могут появиться специализированные органы кормления, чтобы насильно вливать молоко в своего детеныша? И вообще, зачем нужны все эти изменения? Морские львы уже хорошо приспособлены к жизни и на земле, и в воде.

Некий разум мог спланировать создание полностью водных млекопитающих и создать эти особенности для реализации плана. Но дарвиновская теория говорит о недопустимости замысла и оставляет нам не более чем сказку о том, как естественный отбор мог превратить плавающих медведей в китов.