Китовый ус — это система фильтрации внутри пасти усатых китов . Чтобы использовать китовый ус, кит сначала открывает рот под водой, чтобы набрать воды. Затем кит выталкивает воду, а животные, такие как криль, фильтруются китовым усом и остаются источником пищи для кита. Китовый ус похож на щетину и состоит из кератина , того же вещества, что и человеческие ногти, кожа и волосы. Китовый ус — это производное кожи. Некоторые киты, такие как гренландский кит , имеют более длинный ус, чем другие. Другие киты, такие как серый кит , используют только одну сторону своего уса. Эти щетинки уса расположены пластинами поперек верхней челюсти китов.
В зависимости от вида пластина уса может быть длиной от 0,5 до 3,5 м (от 1,6 до 11,5 футов) и весить до 90 кг (200 фунтов). Ее волосяные бахромы называются волосами уса или волосами китового уса. Их также называют щетинками уса, которые у сейвалов сильно кальцифицированы, а кальцификация увеличивает их жесткость. [1] [2] Пластины уса шире у линии десен (основания). Пластины сравнивают с решетами или жалюзи .
Как материал для различных целей человека, китовый ус обычно называют китовым усом , что является неправильным названием .
Слово «ус» происходит от латинского bālaena , родственного греческому phalaina – оба слова означают «кит».
Древнейшим настоящим окаменелостям уса всего 15 миллионов лет, потому что ус редко фоссилизируется, но ученые полагают, что он возник значительно раньше. [3] На это указывают модификации черепа, связанные с усом , которые находят в окаменелостях значительно более раннего периода, включая опору кости в верхней челюсти под глазами и свободные кости нижней челюсти на подбородке. Считается, что ус развился около 30 миллионов лет назад, возможно, из твердой, липкой верхней челюсти, как у морской свиньи Далла ; он очень похож на ус на микроскопическом уровне. Считается, что начальная эволюция и радиация пластин уса произошли в раннем олигоцене , когда Антарктида отделилась от Гондваны и образовалось Антарктическое циркумполярное течение , увеличившее продуктивность океанической среды. [4] Это произошло потому, что течение удерживало теплые океанские воды подальше от области, которая сейчас является Антарктидой, создавая крутые градиенты температуры, солености , света и питательных веществ, где теплая вода встречается с холодной. [5]
Предполагается, что переход от зубов к китовому усу происходил поэтапно , от зубов к гибриду к китовому усу. Известно, что у современных усатых китов изначально есть зубы, а затем в утробе матери развиваются зачатки пластинчатого уса , но они теряют зубной ряд и имеют только ус в ювенильном возрасте и во взрослом возрасте. Однако развивающиеся усатые киты не производят зубную эмаль , потому что в какой-то момент эта черта эволюционировала и стала псевдогеном . Вероятно, это произошло около 28 миллионов лет назад и доказывает, что зубной ряд является предковым состоянием усатых китов. Использование бережливости для изучения этого и других предковых признаков предполагает, что у общего предка аэтиоцетид и беззубых усатых китов развились боковые питательные отверстия , которые, как полагают, обеспечивали кровеносным сосудам и нервам путь к развивающемуся усу. Дальнейшие исследования показывают, что усовый ус Aetiocetus был расположен пучками между широко расставленными зубами. Если это правда, то эта комбинация уса и зубов у Aetiocetus будет действовать как переходное состояние между зубатыми китами и усатыми китами. Этот промежуточный шаг дополнительно подтверждается доказательствами других изменений, которые произошли с эволюцией уса, которые позволяют организмам выживать, используя фильтрующее питание, например, изменение структуры черепа и эластичности горла . Было бы крайне маловероятно, чтобы все эти изменения произошли одновременно. Поэтому предполагается, что олигоценовые аэтиоцетиды обладают как предковыми, так и потомковыми состояниями признаков в отношении стратегий питания. Это делает их мозаичными таксонами , показывая, что либо ус развился до того, как были утрачены зубы, либо черты фильтрующего питания изначально развились для других функций. Это также показывает, что эволюция могла происходить постепенно, поскольку изначально сохранялось предковое состояние. Поэтому мозаичные киты могли эксплуатировать новые ресурсы, используя фильтрующее питание, не отказываясь от своих предыдущих стратегий добычи. Результат этого постепенного перехода очевиден у современных усатых китов из-за их псевдогенов эмали и внутриутробного развития и резорбции зубов. [3]
Если верно, что у многих ранних усатых китов также были зубы, они, вероятно, использовались только периферийно или, возможно, вообще не использовались (опять же, как морская свинья Далла, которая ловит кальмаров и рыбу, зажимая их своей твердой верхней челюстью). Были проведены интенсивные исследования, чтобы разобраться в эволюции и филогенетической истории усатых китов, но вокруг этого вопроса много споров.
Пластины уса кита играют самую важную роль в процессе фильтрования. Чтобы питаться, усатый кит широко открывает рот и зачерпывает плотные косяки добычи (например, криль , веслоногие рачки , мелкую рыбу , а иногда и птиц , которые случайно оказываются рядом со стаями), вместе с большими объемами воды. Затем он частично закрывает рот и прижимает язык к верхней челюсти, заставляя воду проходить вбок через ус, таким образом отсеивая добычу, которую он затем проглатывает.
Китовый ус — это в основном минерализованный биоматериал на основе кератина, состоящий из параллельных пластин, подвешенных в пасти кита. Механические свойства китового уса, такие как прочность и гибкость, сделали его популярным материалом для многочисленных применений, требующих такого свойства (см. раздел «Использование человеком»).
Основная структура китового уса была описана как трубчатая структура с полым мозгом (внутренним ядром), окруженным трубчатым слоем с диаметром от 60 до 900 микрон, который имел примерно в 2,7 раза большее содержание кальция, чем внешняя твердая оболочка. Модуль упругости в продольном направлении и поперечном направлении составляет 270 мегапаскалей ( МПа ) и 200 МПа соответственно. Эта разница в модулях упругости может [ необходимо разъяснение ] быть связана с тем, как упакованы вместе сэндвич-трубчатые структуры.
Гидратированные и сухие китовые усы также демонстрируют значительно различное параллельное и перпендикулярное сжимающее напряжение в ответ на сжимающую деформацию. Хотя параллельная нагрузка как для гидратированных, так и для сухих образцов показывает более высокую реакцию на напряжение (около 20 МПа и 140 МПа при деформации 0,07 для гидратированных и сухих образцов соответственно), чем при перпендикулярной нагрузке, гидратация резко снизила реакцию на сжатие. [6]
Формирование трещин также отличается для поперечной и продольной ориентации. В поперечном направлении трещины перенаправляются вдоль трубочек, что повышает устойчивость уса к разрушению, и как только трещина попадает в трубочку, она затем направляется вдоль более слабого интерфейса, а не проникает через трубочку или ламеллы.
Раньше люди использовали китовый ус (обычно называемый «китовым усом») для изготовления многочисленных предметов, где требовались гибкость и прочность, включая корзины , чесалки для спины , ребра жесткости воротника , хлысты для повозок , спицы для зонтиков , переключатели, кринолиновые нижние юбки, фижмы , бусы и корсетные корсеты , [7] а также части доспехов. [8] Его обычно использовали для сгибания бумаги; его гибкость не позволяла ему повреждать бумагу. Его также иногда использовали в луках с тросовой подкладкой . В настоящее время для аналогичных целей обычно используют синтетические материалы, особенно пластик и стекловолокно . Китовый ус также использовался голландскими краснодеревщиками для производства прессованных рельефов. [9]
В Соединенных Штатах Закон о защите морских млекопитающих 1972 года делает незаконным «для любого лица перевозку, покупку, продажу, экспорт или предложение о покупке, продаже или экспорте любого морского млекопитающего или продукта из морского млекопитающего» [10] .
