Материалы портала «Научная Россия»

Эволюционное древо: перезагрузка. Часть I

Эволюционное древо: перезагрузка. Часть I
Простое эволюционное древо из школьного учебника биологии, похоже, скоро придётся выбросить на свалку истории. Биологи XXI в., вооруженные новыми методами, строят новую схему «родственных» отношений между живыми существами. В первой части статьи об этом м

Великий шведский биолог Карл Линней разделил весь природный мир на три царства: минералы, растений и животных; отношения между отдельными видами он не учитывал. Столетие спустя Дарвин опубликовал «Происхождение видов», и картина начала усложняться. Наконец, в 1969 г. в журнале Science вышла статья эколога Роберта Уиттекера, и его концепция царств живой природы на полвека стала канонической: простейшие прокариоты, затем одноклеточные эукариоты, а надо всем этим царства растений, грибов и животных. Но теперь генетические исследования поставили ее под сомнение.

 

От Линнея до Уиттекера

Как известно, основу современной систематики живых существ заложил великий шведский биолог Карл Линней. В своем эпохальном труде «Система Природы» (Systema Naturae, 1735) он разделил весь природный мир на три царства: минералы, растений и животных. Отношения между отдельными видами — то, как они происходили друг от друга, конкурировали, появлялись и исчезали — при этом не брались в расчет: Линней хотел всего лишь создать упорядоченную классификацию «божьих творений». До выхода «Происхождения видов» Дарвина оставалось еще 124 года.

После торжества дарвиновской теории и по мере того, как накапливались все новые знания о живых существах, картина начала усложнятся. Стало ясно, что грибы стоят особняком от животных и растений. Кроме того, были изучены одноклеточные животные — как имеющие в своих клетках ядро (эукариоты), так и лишенные его (прокариоты). Всем им тоже нужно было найти места на эволюционном древе.

В результате, в 1969 г. эколог Роберт Уиттекер (Robert Whittaker), обобщив и несколько упростив собранные своими предшественниками данные, предложил в своей статье в журнале Science новую концепцию царств живой природы (камни биологов, естественно, уже не интересовали):

Как мы видим, на схеме Уиттекера основание «ствола» эволюционного древа представляют собой простейшие прокариоты (Monera), верхушку — царство одноклеточных эукариот (Protista), а венчают всю конструкцию три мощных ветви — царства растений (Plantae), грибов (Fungi) и животных (Animalia). Именно эта схема стала канонической на многие десятилетия и вошла в учебники, по которым учились мы с вами.

Экология и генетика

Схема Уиттекера не случайно снискала такое широкое признание — она проста, удобна и, как тогда казалось, хорошо согласуется с фундаментальными принципами существования живой материи.

Например, с точки зрения экологии (мы не зря упомянули, что Уиттекер был экологом) все живые существа по типу питания делятся на три типа. Растения-продуценты занимаются тем, что продуцируют, то есть создают биомассу с помощью фотосинтеза, вдыхая на солнечном свету углекислый газ и выделяя кислород. Животные-консументы не создают, а только потребляют эту созданную растениями биомассу. Причем собственно траву едят только консументы 1-го порядка (травоядные), консументы 2-го порядка (хищники) едят консументов 1-го порядка, и так далее, выше по пищевой цепочке. Наконец, грибы — редуценты, они разлагают биомассу на более простые соединения, чтобы снова включить ее в круговорот. Простое эволюционное древо как раз и отражало историческое разделение живых существ в соответствии с этими тремя стратегиями.

Первые данные генетических исследований тоже, казалось бы, подтверждали правильность схемы Уиттекера. Сравнение вариаций одного гена, кодирующего одну из частей рибосомной РНК у разных живых существ давало схожую картину с тремя мощными ветвями — растениями, животными и грибами — наверху и одноклеточными внизу.

Но что-то пошло не так…

Однако затем картина стала резко усложнятся. Все началось с исследований одноклеточных паразитических животных — трихомонады (Trichomonas) и лямблий (Giardia). Эти существа не имеют собственных митохондрий — органелл-«энергетических станций» клетки, поэтому питаются за счет хозяина. Согласно господствующей теории возникновения митохондрий, они когда-то были самостоятельными одноклеточными существами, а потом наши одноклеточные же предки поглотили их и заставили работать на себя. Так может быть, подумали ученые, трихомонады и лямблии – это реликты тех давних, до-митохондриальных времен, когда упомянутого поглощения еще не произошло? Тогда их место в основании эволюционного древа полностью оправдано.

Однако генетический анализ показал другое. Оказалось, что некоторые митохондриальные гены присутствуют в клетках лямблий и трихомонад. Посмотрев внимательнее в электронные микроскопы, исследователи заметили там и рудименты самих митохондрий — крошечные редуцированные пузырьки, которые невозможно заметить, если не знаешь, что искать.

Итак, оказалось, что некоторые одноклеточные паразиты отнюдь не всегда были столь примитивными, а утратили некоторые свои важные черты в процессе эволюции. Уже одно это заставляло усомниться в верности схемы Уиттекера. Окончательный и сокрушительный удар по ней нанесли дальнейшие генетические исследования. Например, выяснилось, что первоначальный анализ по вариациям одного гена ошибочно поместил микроспоридий — еще одних одноклеточных паразитов — в основание эволюционного древа, в то время как они являются грибами, также утратившими ряд важных приспособлений в процессе эволюции.

Одним словом, выяснилось, что старое эволюционное древо «по Уиттекеру» ложно трактует родственные отношения между живыми существами, которые на проверку оказались гораздо более сложными. Чтобы отразить современные уточненные представления об этом, биологи недавно «нарисовали» новое, более сложное эволюционное древо, в котором вместо царств главную роль играют супергруппы, а животные (включая людей) оказываются ближе к одноклеточным хоанофлагеллятам, чем к другим многоклеточным организмам. Об этой новой схеме мы расскажем во второй части статьи.

карл линней роберт уиттекер эволюционное древо эволюция

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий