Сейчас в Арктике:
Ледоход

"Арктические амфибии" - моржи и тюлени

"Арктические амфибии" - моржи и тюлени
22 Августа, 2018, 11:35
Комментарии
Поделиться в соцсетях

До недавнего времени термин «ластоногие» использовался как законное название одного из отрядов млекопитающих, включающего моржей и всех тюленей. Однако современные генетические методы позволили выяснить, что происхождение различных представителей шло независимо, а значит, родственники они более далёкие, чем казалось до этого. В современной систематике все они входят в отряд «хищные». Термин «ластоногие» по-прежнему используется для обозначения промежуточной объединяющей группы, в которую входят три семейства: моржи, ушастые тюлени и настоящие тюлени.

Моржей невозможно перепутать с кем-либо. Удлинённые клыки, внушительные размеры, мощные жёсткие вибриссы на морде создают уникальный облик. Обитатель северных морей, морж давно уже является одним из узнаваемых символов Арктики.

Моржи

На фото моржи. Хорошо видно различие между цветом шкуры. Справа – морж, долгое время находившийся в воде (бледная кожа), слева – только что сошедший в воду (яркая кожа) Автор фото Борис Соловьёв.

Ушастые и настоящие тюлени легко различаются по двум признакам.

Первое – наличие ушной раковины. У ушастых тюленей она есть и образует то, что мы и называем «ухо». У настоящих тюленей она полностью отсутствует, и на поверхности головы видно только небольшое отверстие, затянутое барабанной перепонкой. Но это не значит, что у настоящих тюленей нет слуха - все внутренние структуры уха, лежащие за барабанной перепонкой, на месте.

Второй признак – это строение задних конечностей. У ушастых тюленей задние ласты могут сгибаться в голеностопном суставе. Это позволяет животным подгибать их под себя и ходить на них. У настоящих тюленей этот сустав становится почти полностью неподвижным и задние ласты не могут служить для передвижения по суше. Основной способ их передвижения – опора на передние ласты и подтягивание задней части тела.

Как и моржи, настоящие тюлени являются более близкими родственниками медвежьих, в то время как настоящие тюлени сближаются с куньими.

Ушастые тюлени

На фото: Группа ушастых тюленей (северных морских котиков) на лежбище на о. Медном. Обратите внимание на наружные ушные раковины и подогнутые под себя ласты у щенка на переднем плане. Автор фото Мария Соловьёва.

Настоящие тюлени
На фото - представители настоящих тюленей, морские зайцы (о. Чкалов, Охотское море). Ушная раковина отсутствует, на голове виднеется только отверстие, ведущее в среднее ухо. Задние ласты направлены назад и не подгибаются. Автор фото Ольга Шпак.

В Российских морях встречаются всего два представителя семейства Ушастые тюлени – это северный морской котик и северный морской лев, или сивуч.

У видов хорошо выражен половой диморфизм – самки намного меньше самцов и имеют иные пропорции головы и тела. В России тюлени обитают в Беринговом, Охотском и Японском морях. Летом на побережьях и островах часто образуют смешанные лежбища, имеющие гаремную структуру: один самец собирает вокруг себя несколько самок. На этом же участке находятся появляющиеся в течение сезона детеныши. Самцы охраняют свою территорию, между ними часто возникают конфликты и драки. Во время таких стычек животные могут серьёзно ранить друг друга, зачастую гибнут самки или щенки.

Различить два вида проще всего именно на таких лежбищах: морские котики мельче сивучей, с темной, равномерной, бурой окраской. Шерсть сивучей светлее, и обычно имеет рыжий тон. В отличие от котиков, имеющих густой длинный мех (который высоко ценился в начале XX века), они покрыты короткими, жёсткими волосами без подшёрстка. 

Гарем морского котика

На фото гарем северного морского котика. Один самец, несколько самок и их потомство занимают определённый участок лежбища. Автор фото Мария Соловьёва.

Сивучи

Отличить сивуча от морского котика очень легко. Сивуч – рыжий и гораздо крупнее (на заднем плане). На фото так же хорошо виден половой диморфизм у морского котика. Автор фото Александр Шиенок.

Намного больше видов в России встречается из семейства Настоящих тюленей. Почти все они имеют характерные внешние особенности и легко отличимы друг от друга.

Одним из хорошо отличимых представителей является хохлач. Один из самых крупных тюленей, встречается в Белом и Баренцевом море. Самцы легко отличимы по красному мешку на морде. Эпителий носовой полости этих тюленей сильно разрастается и способен надуваться, как воздушный шар. Получившиеся мешки играют роль в выяснении иерархии между самцами. В лучшем случае вопрос решается быстро – у кого мешок больше, тот и победил. В худшем – стычка заканчивается серьёзными повреждениями.

Детёныши хохлачей проводят рекордно мало времени со своими родителями. Самка кормит тюленёнка всего четыре дня. За это время он успевает увеличиться вдвое – с 25 до 50 кг. А дальше – взрослая жизнь.

В Белом и Баренцевом море встречается и длинномордый (серый) тюлень. Часть его ареала лежит и в Балтийском море. Отличается, в первую очередь, по характерной форме головы – морда длинная, переход от лба к носу очень плавный.

Длинномордый тюлень

На фото серый (длинномордый) тюлень. Характерный плавный переход от лба к носу отличает представителей этого вида. Автор фото Мария Соловьёва.

Ещё один атлантический вид – гренландский тюлень. Бельки именно этого вида активно добывались в течение XX века. В настоящее время в России промысел полностью запрещён. По мере роста тюленёнок линяет и, в случае самца, приобретает характерную окраску: на морде формируется чёрная маска, а на спине – чёрный же узор, за который на английском тюлень получил название harp seal – тюлень-арфа.

Гренландские тюлени 

Гренландские тюлени. Автор фото Борис Соловьёв.

Обитатель Охотского, Берингова и Чукотского морей, крылатка – один из самых контрастно окрашенных тюленей. На чёрном теле проходят четыре полосы – одна охватывает шею, другая – поясницу, ещё две окружают передние ласты. Один из самых неуловимых тюленей, крылатка даже летом выбирает глубоководные акватории в центрах морей и редко выходит на побережья.

Крылатка

Обыкновенный тюлень имеет разорванный ареал. Пять подвидов населяет и Атлантику, и Пацифику. Особо стоит выделить один из подвидов обыкновенного тюленя. Островной тюлень (или Тюлень-цветок) водится только на Курильских и Командорских островах и отличается особым рисунком на шкуре.

Тюлень-цветок

Тюлень-цветок. Автор фото Евгений Михантьев.

Близок к обыкновенному тюленю и ещё один вид – ларга (пятнистая нерпа), долгое время считавшийся одним из подвидов. В среднем, особи имеют более ровный тон и более выраженные тёмные мелкие пятна на шкуре, хотя иногда различить два вида достаточно сложно. Широко распространенная в морях бассейна Тихого океана, ведёт жизнь типичного тюленя: летом образует залёжки на побережьях, зимой перемещается к жизни на льдах, где рожает и выкармливает детёнышей. 

Пятнистая нерпа

Ларга. Фото Марии Соловьёвой.

Удивительно, что среди настоящих тюленей есть несколько представителей закрытых водоёмов – байкальская, ладожская и каспийская нерпы.

Байкальская нерпа – один из самых маленьких тюленей и единственное млекопитающее, обитающее в Байкале. Вероятнее всего произошла от кольчатой нерпы и проникла в озеро из Арктики через систему рек Енисей – Ангара.

Ладожская нерпа – подвид кольчатой, обособился около десяти тысяч лет назад в ходе высыхания Хейниокского пролива между бассейнами Ладожского озера и Балтийского моря.

Каспийская нерпа, населяющая соответствующее море, на настоящий момент наименее исследована.

Передатчик на ладожской нерпе

На фото ладожская нерпа со спутниковым передатчиком, прикреплённым для изучения миграций животного. Автор фото Мария Соловьёва.

Лахтак (морской заяц) – один из самых крупных настоящих тюленей России. Питание в основном придонными беспозвоночными и рыбами накладывает отпечаток на его облик. Для поиска пищи на заиленном дне имеются мощные, длинные вибриссы на морде, не встречающиеся у других тюленей. Соединения железа, бывающие среди ила, нередко окрашивают морды морских зайцев в рыжий цвет.

Лахтак

Морской заяц. Голова окрашена в рыжий из-за высокого содержания железа в илу и водорослях в местах питания тюленя. Автор фото Ольга Шпак.

Последний представитель – кольчатая нерпа – один из небольших тюленей. Название получила из-за рисунка на шкуре в виде колец. Распространена во всех арктических морях России, неоднократно отмечалась вблизи Северного полюса.

Кольчатые нерпы

Залёжка кольчатых нерп. Автор фото Мария Соловьёва.

***

Все ластоногие являются вторичноводными животными. После выхода предков земноводных на сушу (это событие произошло примерно 375 миллионов лет назад) они эволюционировали как наземные животные. На стадии, когда предки ластоногих были уже сформировавшимися млекопитающими, они снова начали возвращаться в водную среду. Причины, толкнувшие их на это, скорее всего, были тривиальны – это либо давление хищников, либо никем не занятая экологическая ниша с обилием пищи.

Но водная среда имеет существенны отличия от воздушной, к которым животным пришлось приспосабливаться. Адаптации морских млекопитающих к водной среде затронули и анатомию, и физиологию, и поведение. Преимущество получали и естественный отбор проходили те, кому с помощью случайных мутаций удалось решить следующие задачи:

·         Передвижение в воде

·         Защита от потери тепла - терморегуляция

·         Задержка дыхания и преодоление Кессонной болезни

·         Зрение под водой

Передвижение

Высокая плотность воды затрудняет передвижение, но зато помогает держать тело без дополнительных затрат энергии. Обтекаемая (торпедообразная) форма тела и плотно прилегающий мех ластоногих способствуют повышению гидродинамики. А конечности, превращённые в ласты, служат и винтом, и рулями, обеспечивая всю локомоцию, необходимую животным. Интересно, что у ушастых тюленей основную роль при передвижении под водой берут на себя передние конечности, а у настоящих тюленей – задние.

Терморегуляция

Вода по сравнению с воздухом имеет намного большую теплоёмкость (количество тепла, необходимое, чтобы нагреть определённый объём на 1°С) и теплопроводность. С одной стороны, это обеспечивает меньший перепад температур в течение суток или года. Но для теплокровных животных это также означает постоянный отток тепла в окружающую среду. Большинство ластоногих обитает в холодных регионах, и зимой эта же проблема преследует их на суше.

Для защиты от потери тепла существует два способа – запасти жировую прослойку или отрастить мех. У ластоногих встречаются обе этих стратегии.

У моржей сформирована плотная жировая прослойка. Толщина жирового слоя достигает 10-15 см. По сравнению с прослойкой китов (до 40 см) - немного, но сверху слой прикрывает шкура толщиной от 4 до 10-12 см. Моржи практически лишены меха. Детеныши покрыты небольшим количеством волос, но с возрастом их количество уменьшается.

Ушастые и настоящие тюлени используют оба способа: у них неплохая жировая прослойка, а также густой мех, согревающий их на суше.

У ластоногих наблюдается многократная линька в первый год жизни, в течение которого детский мех постепенно сменяется на взрослый. Настоящие тюлени рождаются зимой, и у некоторых видов детёныши покрыты белым мехом, который направлен на согревание и маскировку на снегу, но совершенно не выдерживает намокания. По мере роста тюленёнка, его шерсть становится более жёсткой, выдерживающей длительное нахождение в воде. Не все тюлени рожают бельков, но у всех существенно различаются детский и взрослый мех.

А вот ушастые тюлени размножаются летом, и смена шкуры по мере взросления у них необязательна, поэтому детский и взрослый мех имеет мало различий. Это не отменяет ежегодную линьку взрослых животных.

Одно из самых выгодных приобретений тюленей для терморегуляции – способность контролировать и перенаправлять кровоток. В холодной воде практически полностью прекращается кровоснабжение кожи и частично – ласт. Это позволяет изолировать «тепловое ядро» и защищать от переохлаждения внутренние органы.

Такая способность есть и у всех наземных млекопитающих (достаточно вспомнить как мы краснеем на жаре, расширяя сосуды и стараясь отдать тепло, или как белеет кожа рук на морозе). Но у ластоногих эта способность выражена гораздо сильнее.

Из-за мехового покрова у тюленей изменение температуры поверхности тела можно заметить только с помощью тепловизора. Но лишённые волос моржи прекрасно демонстрируют эту особенность: кожа моржей, долгое время находившихся в холодной воде, сразу после выхода на лежбище – светло-розовая, почти белая. Постепенно расширяя капилляры кожи, морж восстанавливает кровоснабжение и естественный цвет (см. фото моржей в начале статьи).

Для уменьшения потери тепла на суше также существует несколько адаптаций: это массовые залёжки и особая поза. Последняя в англоязычной литературе носит название «banana-shaped» (форма банана). Тюлень поднимает наиболее быстро охлаждающиеся части – задние ласты. Используется при залегании на песчаных косах или валунах, когда вода периодически захлёстывает животное.

Лёжка в форме банана

В целом, ластоногие за счёт запаса жира и работы мышц продуцируют достаточное количество тепла, чтобы не замерзать даже в приполярных водах. В ряде случаев у них даже возникает иная проблема – как не перегреться на суше? Эту задачу они снова решают с помощью перенаправления кровотока. Кровь устремляется к наиболее мокрому месту на теле тюленя, температура локально повышается и растёт испарение воды. Формируются «временные горячие точки» для рассеивания тепла.

Задержка дыхания

Ластоногие способны надолго погружаться под воду. Рекорд принадлежит южному морскому слону, который может провести под водой два часа, погрузившись при этом на 1,7 км.

Приспособления для таких заныриваний существуют у тюленей практически во всех системах органов, но больше всего – в кровеносной системе.

В первую очередь, кислородная ёмкость крови у них намного выше. То есть такой же объём крови несёт в себе в разы больше кислорода, связанного с гемоглобином. Существуют даже специальные артериальные сплетения, в которых запасается насыщенная кислородом кровь и используется только при погружении.

Помимо гемоглобина в крови в мышцах существует его аналог – миоглобин, который также способен удерживать кислород. У ластоногих количество этого белка в 7-10 раз превосходит количество его у наземных животных.

Во всём теле происходит перераспределение крови и кислорода, о котором уже говорилось выше. Самое главное – не прекращать питать кислородом мозг. Мышцы получат его из содержащегося в них миоглобина, а питание всех внутренних органов резко сокращается. Для замедления общего обмена веществ и экономии кислорода наступает брадикардия – снижение частоты сокращений сердца (ЧСС). У тюленей она выражена даже больше, чем у китообразных. После погружения в воду ЧСС рефлекторно падает с 60 до 6 ударов в минуту. Чтобы поддержать брадикардию часть венозной крови сохраняется в специальных пазухах и сплетениях сосудов в районе желудочно-кишечного тракта, которые не задействованы при нахождении на поверхности. Таким образом, часть крови не поступает в сердце и не заставляет его сокращаться чаще.

За регуляцию дыхания отвечает дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. Он постоянно измеряет концентрацию углекислого газа. Когда она превышает определённое значение – посылается сигнал для совершения нового вдоха. У морских млекопитающих существенно снижена чувствительность дыхательного центра, что позволяет им более полно использовать кислород в крови и лёгких, не чувствуя потребности сделать новый вдох.

Кроме того, ластоногие обновляют весь воздух в легких на 80-90% за один вдох, в то время как, например, мы – только на 15%.

К прочим приспособлениям для погружения можно отнести клапаны, которые плотно закрывают ноздри и уши. А также (например, у моржей) – возможность перекрыть вход в трахею для питания под водой.

Ещё одна особенность водной среды – существенное изменение давления при погружении. Ластоногие достаточно быстро погружаются и всплывают на поверхность. При этом кессонная болезнь (газы крови, в основном – азот, при резком подъёме с глубины из-за понижения давления выделяются в виде пузырьков и блокируют кровоток) у них не наступает. Тюлени не лишены этой болезни полностью, но физиологические приспособления помогают снизить вероятность её наступления.

Основное из приспособлений – мощная вентиляция легких непосредственно перед погружением. Заныривают животные только после полного выдоха воздуха из лёгких. Так они обеспечивают минимальную концентрацию азота в организме. Этому же способствует уменьшенный по сравнению с наземными млекопитающими объём лёгких, брадикардия и уменьшение притока крови к мышцам.

Зрение под водой

Ещё одно отличие водной среды от воздушной – различные оптические свойства. В глазу преломление света происходит с помощью оптической системы, включающей роговицу, переднюю камеру глаза, хрусталик и стекловидное тело. Показатели преломления сред сильно различаются: у воздуха коэффициент преломления равняется 1, у воды – 1,34, а у роговицы – 1, 35. У млекопитающих, обитающих в воде, отпадает необходимость в преломлении лучей света роговицей. У них эту функцию выполняет только хрусталик, который имеет иное строение – он круглый, а не двояковыпуклый, как у наземных млекопитающих. Такое строение хрусталика позволяет ластоногим видеть одинаково хорошо и в воде, и на суше. В сетчатке также наблюдаются особенности строения, адаптированные к амбивалентному зрению.

***

 Жизнь ластоногих наложила отпечаток и на другие, не такие очевидные аспекты жизнедеятельности – сон и беременность

 Сон

У морских котиков сон на суше ничем не отличается от сна любого наземного млекопитающего. Однако под водой у них происходит особый тип сна, ранее найденный только у китообразных – однополушарный сон. Во время такого сна каждое полушарие отдыхает по очереди, а второе в это время принимает на себя контроль организмом.

В воде морские котики спят на поверхности на боку в характерной позе, держа ноздри над водой и поддерживая позу гребковой активности одного ласта. Парадоксальная фаза сна сокращается, а медленноволновая, напротив, увеличивается.

У моржей и настоящих тюленей однополушарного сна не найдено. Настоящие тюлени зачастую спят на воде или под водой во время фаз задержки дыхания. Длительность такого сна достигает десяти минут.

Беременность

У тюленей длительность беременности –  10-12 месяцев, у моржей – 15-16. При этом для того, чтобы выносить тюленёнка, нужно примерно 6 месяцев, моржонка – около 10. Откуда берутся лишние 5-6 месяцев?

У большинства российских видов тюленей годовой цикл выглядит примерно следующим образом: роды происходят в марте-апреле. После непродолжительного (до четырёх недель) выкармливания самка снова спаривается. При беременности в 6 месяцев новое потомство рождалось бы осенью, и шансов пережить суровую зиму у них было бы крайне мало.

Для более выгодных сроков родов у ластоногих существует отложенная имплантация. После оплодотворения в обычном режиме происходит дробление зиготы. Но небольшой сгусток клеток, вместо того, чтобы прикрепиться к стенке матки и начать развиваться в эмбрион, останавливается на несколько месяцев. После этой паузы происходит необходимая имплантация и дальнейший рост. Такая особенность позволяет матери оправиться от предыдущей беременности и обеспечивает рождение детёныша в оптимальное время года.

Автор: Соловьёва Мария Адреевна, ведущий инженер ИПЭЭ РАН, участник Российско-Американской программы BOSS (Bering Okhotsk Seal Surveys) по исследованию тюленей Берингова и Охотского морей.

Комментарии