Nozdrza waleni przesunęły się z końca pyska na szczyt głowy
Przodek waleni był ssakiem lądowym oddychającym przez nozdrza położone z przodu pyska. U współczesnych wielorybów i delfinów zewnętrzny otwór oddechowy znajduje się wysoko na głowie, dzięki czemu zwierzę może zaczerpnąć powietrza przy minimalnym wynurzeniu. Zapis kopalny dokumentuje formy z otworami nosowymi położonymi kolejno coraz bardziej ku tyłowi czaszki. Zmiana obejmowała nie tylko „wędrówkę dziurek”, lecz przebudowę kości pyska, kanałów nosowych i całej architektury czaszki. U zębowców i fiszbinowców końcowa orientacja dróg nosowych rozwija się też odmiennymi szczegółami.
Od lądowego nosa do otworu oddechowego
Najwcześniejsze walenie zachowywały wiele cech lądowych ssaków, w tym nozdrza blisko końca pyska. W kolejnych formach kopalnych zewnętrzne otwory kostne nosa znajdują się coraz dalej ku tyłowi i górze. U współczesnych fiszbinowców występują dwa otwory oddechowe, natomiast u zębowców jeden. Położenie na grzbietowej stronie głowy pozwala oddychać bez unoszenia całego pyska ponad powierzchnię i jest zgodne z hydrodynamicznym stylem życia w wodzie.
Czaszka została „przeteleskopowana”
Ewolucja czaszki waleni obejmuje tak zwane teleskopowanie: kości twarzowej i mózgowej części czaszki wydłużają się, zachodzą na siebie i zmieniają wzajemne relacje. Dawne opisy mówiły o „migracji nozdrzy”, ale współczesna anatomia rozwojowa podkreśla, że nie jest to proste przesunięcie pojedynczego otworu. Rosną i przebudowują się całe regiony czaszki, a kanały oddechowe zmieniają orientację. To przykład, w którym popularne skróty są użyteczne, lecz ukrywają rzeczywisty mechanizm morfologiczny.
Zębowce wykorzystały nos także do sonaru
U delfinów i innych zębowców okolica nosowa została dodatkowo przekształcona w skomplikowany aparat wytwarzający dźwięki echolokacyjne. Wyspecjalizowane struktury miękkie ponad czaszką i asymetria części elementów są związane z biosonarem. Fiszbinowce zachowały inny układ dróg nosowych i nie rozwinęły tego samego systemu. Wspólny trend życia wodnego został więc później wykorzystany do odmiennych specjalizacji w dwóch głównych liniach współczesnych waleni.
Skamieniałości pokazują kierunek, rozwój pokazuje mechanizm
W przypadku waleni wyjątkowo dobrze łączą się dwa rodzaje danych. Skamieniałości dostarczają serii czaszek o różnych pozycjach otworów nosowych, a rozwój zarodkowy współczesnych gatunków pokazuje, jak poszczególne kości i tkanki zmieniają proporcje. Badania wskazują przy tym, że końcowe skierowanie dróg nosowych ku górze u zębowców i fiszbinowców nie musi wynikać z identycznego procesu rozwojowego. Nawet w obrębie jednej dużej adaptacji ewolucja może osiągać podobny efekt różnymi modyfikacjami.
Przesunięcie nozdrzy było częścią większej przebudowy czaszki
U najwcześniejszych waleni otwory nosowe znajdowały się znacznie bliżej końca pyska niż u współczesnych delfinów czy wielorybów. Kolejne skamieniałości pokazują stopniowe cofanie się zewnętrznych nozdrzy ku górnej części czaszki. Nie była to jednak prosta „wędrówka dziury” po powierzchni kości. Zmieniał się układ kości twarzoczaszki, długość pyska, przebieg dróg oddechowych i relacje z narządami słuchu oraz mięśniami. U zębowców okolica nosowa została dodatkowo włączona w złożony aparat wytwarzający sygnały echolokacyjne, a u fiszbinowców dwa otwory oddechowe zachowały odmienny układ. Blowhole jest zatem dobrym przykładem mozaikowej ewolucji: wspólny trend adaptacji do oddychania przy powierzchni wody został później zmodyfikowany zgodnie z różnymi sposobami życia waleni. Zapis kopalny jest tu szczególnie wartościowy, bo pozwala porównać serię czaszek rozdzielających formy lądowe, półwodne i całkowicie wodne. Zmiana położenia nozdrzy pokazuje też, że adaptacja do środowiska wodnego nie wymagała stworzenia nowego układu oddechowego. Walenie nadal oddychają płucami i muszą wynurzać się po powietrze; ewolucja zmieniła przede wszystkim geometrię dostępu do istniejącego układu, ułatwiając oddychanie bez wynurzania całej głowy.
Walenie zachowały oddech „lądowego” ssaka, ale przebudowały sposób jego obsługi
Nawet najbardziej wodny wieloryb nie pobiera tlenu z wody. Musi świadomie wynurzyć otwór oddechowy i wykonać szybką wymianę powietrza, a podczas nurkowania szczelnie oddzielić drogi oddechowe od otoczenia. Przesunięcie nozdrzy na szczyt czaszki skróciło część ruchu potrzebnego przy wynurzaniu, lecz wymagało przebudowy kanałów nosowych i tkanek zamykających blowhole. W odróżnieniu od większości ssaków walenie nie oddychają przez usta w typowy sposób, a ich anatomia gardła pomaga ograniczać ryzyko zalania dróg oddechowych podczas żerowania. Ten przypadek pokazuje charakterystyczną logikę wtórnego powrotu do wody: zamiast odtwarzać skrzela, ewolucja modyfikowała odziedziczone płuca, nozdrza i kontrolę oddechu. Historia pochodzenia narzucała materiał, z którego budowano nowe przystosowania. Odmienny układ u zębowców i fiszbinowców przypomina, że po wspólnym przesunięciu nozdrzy dalsza ewolucja rozeszła się wraz z funkcją. U zębowców okolica nosowa została silnie związana z generowaniem dźwięków, a u fiszbinowców zachowała inną architekturę.