Родословное древо (филема) -способ изображения родственных связей и эволюции организмов в виде дерева. Еще Ч. Дарвин в 1859 г. писал, что «это сравнение очень близко соответствует истине. Зеленые ветви с распускающимися почками представляют существующие виды, а ветви предшествующих лет соответствуют длинному ряду вымерших видов». Сам Дарвин дал в 1859 г. лишь схему возникновения многих видов, родов и семейств от одного общего вида-предка, но уже в 1866 г. Э. Геккель изобразил первое родословное древо всех живых существ (см. рис.). Геккель различал три основных царства живой природы - растений, протистов и животных.
Так представлял немецкий ученый XIX в. Э. Геккель родословную животных, которую он как зоолог разработал наиболее подробно и близко к действительности.
Его древо отражало уровень биологических знаний того времени, он сближал далекие по современным представлениям группы. Сейчас биологи склоняются к мысли, что жизнь вскоре после ее возникновения расщепилась на три ствола, которые называют надцарствами. Два из них известны уже давно - это организмы, не имеющие оформленного ядра (прокариоты), и ядерные организмы (эукариоты). Сравнительно недавно некоторые систематики прокариот стали разделять на два самостоятельных надцарства - настоящих бактерий (эубактерий) и архебактерий. По некоторым чертам строения и обмена веществ архебактерий оказываются близки к эукариотам. По-видимому, архебактерий сохранили больше, чем другие организмы, черты исходного праорганизма.
Эубактерий включают бактерий и группу, называвшуюся ранее синезелеными водорослями (цианобактерии). Построить их родословное древо удалось лишь в последние годы, использовав сравнительные данные по строению их рибосомных РНК.
По-видимому, ветви архебактерий, эубактерий и предков организмов с оформленным ядром - эукариот разошлись от общего ствола жизни практически одновременно.
Дальнейшая история эукариот связана, вероятно, с симбиозом - какие-то аэробные бактерии стали обитать в цитоплазме их клеток. Так могли возникнуть митохондрии. С тех пор жизнь эукариот неразрывно связана с аэробным, кислородным дыханием, лишь немногие многоядерные амебы, обитающие в бескислородных илах, потеряли его уже вторично.
Впрочем, эту теорию симбиозогенеза эукариот разделяют не все.
Второй этап симбиоза: внедрение в эукариотические клетки каких-то синезеленых организмов - предков хлоропластов - привел к возникновению хлорофиллоносных организмов - растений. Сначала это были одноклеточные зеленые водоросли, но из них возникло все разнообразие современной флоры.
Надцарство эукариот теперь обычно разделяют на три ветви - три царства - животных, растений и грибов. Но не все в этой схеме ясно. Загадочные слизевики, например, настолько далеко отстоят от всех трех царств, что, похоже, заслуживают выделения в четвертое. Споры идут и о месте в филеме простейших, одноклеточных эукариот. Ведь одни из них ближе к растениям (эвглена, вольвокс и др.), другие - к животным. Но выделить простейших в самостоятельную ветвь, как это сделал Геккель, вряд ли возможно. Слишком они разнообразны. Современные составители древ колеблются - разделить простейших по трем основным царствам эукариот или же создавать новые царства. Число основных ветвей ядерных организмов тогда возрастет чуть ли не до десятка.
Основные ветви-царства в родословном древе делятся на более мелкие - типы. О числе этих мелких ветвей, порядке их расположения, а также о времени ответвления до сих пор идут ожесточенные споры. Одних животных систематики насчитывают до 33 типов. Не все из них имели одну эволюционную судьбу: в кроне «древа жизни» имеются пышно разветвленные побеги вроде огромных типов членистоногих, моллюсков или хордовых и тоненькие веточки, представленные немногими десятками видов. Но все они в равной степени интересны систематикам-эволюционистам. Ведь родословные древа - наглядное изображение процесса филогенеза.
В настоящее время родословные древа строятся не только на основании данных морфологии, эмбриологии и палеонтологии, как во времена Геккеля и в последующие годы. Для сравнения используют данные молекулярной биологии о последовательности аминокислот в белках и нуклеотидов в РНК и ДНК. Для сравнения внутри относительно небольших и не очень древних групп, таких, как позвоночные, используют быстро меняющиеся в эволюции белки, например гемоглобин. Для анализа же событий, происшедших миллиарды лет назад, используют такие мало меняющиеся (консервативные) молекулы, как рибосомные РНК.
Эволюция не сводится только к поступательному движению вверх по “лестнице” прогресса. Ведь условия среды обитания чрезвычайно разнообразны, поэтому не обязательно все время стремиться к повышению уровня организации. Можно просто уходить от конкуренции с другими организмами, осваивая еще незанятые “ячейки” в сообществах живых организмов — экологические ниши. Этот процесс называют “дивергенцией”: близкие виды в ходе эволюции как бы “расходятся” в разные стороны, вырабатывая специальные приспособления к определенным условиям среды.
Если пытаться изобразить процесс расхождения видов по разным жизненным зонам и экологическим нишам, то ничего лучше “эволюционного древа” не придумаешь. Растущий вверх “ствол” — это и есть основное направление эволюционного прогресса млекопитающих, означающее повышение уровня их организации. А расходящиеся вбок ветви и веточки и есть не что иное, как дивергенция видов.
Сначала на стволе появляется крошечный побег: это возник новый вид, пытающий свое счастье в эволюции. Если ему повезет, он не вымрет из-за каких-либо пертурбаций: зачаточный побег не “засохнет”, а превратится в небольшую веточку. В новых благоприятных условиях, еще никем не занятых, появляется все больше и больше потомков того предково-го вида: ветка все больше ветвится, становится толще. И в конце концов оказывается, что удачливый вид-основатель “нашел” новое, весьма перспективное направление эволюции: побег превращается в то, что садоводы назвали бы “скелетной ветвью” звериного древа жизни. Так, например, около 10 миллионов лет назад какие-то из зерноядных хомяков перешли на питание травой: это оказалось настолько удачным, что их потомки — полёвки — по разнообразию и обилию многократно превзошли своих предков.
Приспосабливаясь к новой среде обитания, потомки все больше теряют сходство со своими предками: они как бы “забывают” своих пращуров, живших в иных условиях. Утрачивается сходство и с “кузенами”, причем чем дальше виды “разошлись” в ходе эволюции по разным природным зонам, тем меньше между ними сходства. Ну кто бы мог сказать, глядя на порхающих в воздухе маленьких летучих мышей и плавающих в морских водах гигантов-китов, что все они — отдаленные потомки одних и тех же наземных зверьков, более всего похожих на ныне живущих землероек?
“Эволюционное древо” прекрасно иллюстрирует не только ход исторического развития живых существ, но и устройство “Системы природы”. Оно чем-то напоминает устройство воинских частей: подобно полкам, ротам, взводам, в “Системе природы” есть разные уровни или ранги — классы, отряды, семейства и так далее. На “эволюционном древе” они соответствуют разным по “толщине” ветвям и отражают разную степень обособленности тех или иных групп животных. Говоря о животных, имеющих в системе определенный ранг, — о китообразных или тюленях, ежах или землеройках, мы можем охарактеризовать то, насколько давно отделилась и насколько далеко отошла данная ветвь от основного эволюционного ствола.
Так, если все звериное “древо” — это класс млекопитающих, то “скелетные ветви” — это отдельные отряды: например, отряд хищные, отряд парнокопытные. Они обособились, как правило, не менее 70-90 миллионов лет назад, каждый завоевал свою собственную адаптивную зону. Растущие на них более мелкие ветки — это семейства: например, в отряде хищных есть семейства медвежьих и кошачьих; в отряде парнокопытных — семейства полорогих и оленьих. Их эволюционный возраст — обычно 30-40 миллионов лет, каждое из семейств особым образом осваивает общую для отряда адаптивную зону. Например, в рацион медведей входят не только животные, но и растительные корма, а кошки питаются почти исключительно мясом.
Концевые веточки нашего “древа” — это отдельные роды: род медведей, род оленей и так далее. А они уже заканчиваются видами: бурый и белый медведи, лесной и степной коты, благородный и пятнистый олени. Возраст родов и видов млекопитающих обычно измеряется несколькими миллионами лет.
Пустынная зебра или зебра Греви, это один видов млекопитающих относящийся к лошадиному семейству. Свое название зебра получила в честь Жюля Греви – французского президента именно ему был подарен первый экземпляр этого животного. Вес этого животного достигает 430 кг, а длина всего тела может быть порядка 3 метров. Пустынная зебра это не только одна из самых…
Больше всего напоминают самых примитивных млекопитающих все те же землеройки. Эти зверьки почти ничем не примечательны, разве что своим обжорством: в сутки они съедают пищи больше, чем весят сами. Таков уж у этих крохотных созданий обмен веществ: они живут, чтобы есть. У разных видов вершины зубов окрашены по-разному. У одних землероек зубы все белые, таких…
Тропические леса Южной и Центральной Америки населяют так называемые широконосые обезьяны, которые по уровню развития стоят много выше полуобезьян. К ним относятся многочисленные игрунки, или мармозетки, — размером с белку, некоторые ярко раскрашенные (например, золотистая игрунка), некоторые с удлиненными в гриву волосами на голове или с “усами” (императорский тамарин). Их ближайшие родичи — цепкохвостые обезьяны….
Всем знакомый образ красавца оленя с огромными раскидистыми рогами на голове — верный, да не совсем. На самом деле, среди оленей и близких к ним парнокопытных животных довольно много безрогих. Одни из них — оленьки, самые архаичные представители жвачных. Так ласково-уменьшительно их называют за общее сходство с настоящими оленями и небольшие размеры: они чаще всего…
Среди усатых китов больше всего полосатиков. Свое название они получили за многочисленные продольные борозды-складки на нижней поверхности головы и передней части брюха: издали они кажутся полосами. В спокойном (сложенном) состоянии нижняя челюсть у полосатиков ненамного больше верхней. Но когда кит питается, он широко раскрывает пасть, складки расправляются и образуется огромный мешок, в который устремляются тонны…
И все-таки природа справедлива: обделяя одни свои творения цветовым зрением, она награждает их невероятной способностью чуять самые разные запахи. Взять ту же собаку: она живет в невероятно “красочном”, со множеством оттенков мире запахов, совершенно недоступном нам, людям. Для каждого животного определенный запах, присущий только ему, — это своего рода “паспорт” , опознавательная метка. Обратите внимание,…
В тундре Северной Америки живет копытное, которого, наверное, можно назвать самым мохнатым зверем на Земле, — овцебык. Столь странное название он получил за крупные размеры и вполне “баранью” голову, украшенную очень “плотно” сидящими рогами с расширенными сближенными основаниями (как у африканского буйвола). Шерсть у овцебыка действительно выдающаяся: необычайно густая, большую ее часть составляет тонкий подшерсток,…
Совсем иное дело — звери, которые рождают вполне сформировавшихся детенышей, способных проявлять известную самостоятельность чуть ли не в первые часы после рождения. Чтобы достичь такого результата, у этих животных, называемых “выводковыми”, в отличие от “птенцовых”, эмбриональное развитие столь продолжительно, что звереныш, прежде чем появиться на свет, успевает обзавестись всем необходимым для полноценной жизни. Например, у…
Эти небольшие симпатичные существа, живущие в Африке, к слонам никакого отношения не имеют. Долгое время их считали представителями насекомоядных, но в конце концов все-таки решили, что правильнее всего прыгунчиков выделить в отдельный отряд, настолько они своеобразны. А благодаря новейшим открытиям в палеонтологической летописи удалось установить, что их ближайшие родственники — никакие не насекомоядные, а грызуны…
Именно так — “четверорукими” — нередко называют наших ближайших сородичей в царстве животных. Правильно, это обезьяны с одинаково цепкими руками и ногами. А научное их название — приматы, что по латыни означает “первые”: в давние времена ученые именно приматов, за их близость к человеку, ставили первыми в Системе Природы. У настоящих приматов, как и у…
Vadim Sharov
Vadim Sharov
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 журналеScience вышла 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 журналеScience 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 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.
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.
Vadim Sharov
Дерево Жизни:
Сам факт существования Дерева Жизни оброс различными домыслами: одни считают, что дерево живое, другие - что неживое. В отдаленных уголках интернета даже распространена версия, что дерево растет в Индии, а формы животных возникли на нем чудодейственным образом без участия человека. Чтобы прояснить все вопросы, обратимся к Диснеевскому пресс-релизу:
Дерево Жизни, призванное олицетворять взаимосвязь всего живого на планете - результат труда более 12-ти мастеров, создавших 325 резных фигур животных. Дерево целиком искусственное. Поддерживающая дерево стальная структура была разработана по тому же принципу, который применяется при строительстве нефтяных буровых установок в море. "Самой трудной частью работы в создании фигур было нахождение баланса между формой животного и формой дерева" - говорит Жолт Хормэй, главный скульптор и дизайнер из Будапешта, чья команда включала трех индейских мастеров, мастеров из Франции, Ирландии, Индианаполиса и Центральной Флориды. Чтобы добиться эффекта плавного перетекания одной фигуры в другую, внешняя часть ствола, из которой делались фигуры, обрабатывалась за пределами парка. Далее весь ствол был разделен на 10 огромных сегментов и переправлен на строительную площадку перед парком. Там сегменты были объединены в пары и транспортированы краном к нынешнему месту нахождения дерева, где все части воссоединились в одно целое как паззл.
Строительство Дерева Жизни:
Секрет иллюзии "деревянности" ствола и коры - в талантливой окраске внешней части дерева с применением множества оттенков коричнего и зеленого цветов. Каждый листик прикреплялся к веткам вручную, в итоге было прикреплено более 103 тысячи листиков разных оттенков, а также четырех форм и размеров.
В общей сложности работа над деревом заняла более 18 месяцев, и потребовалась команда из тысячи человек, чтобы закончить обработку внешней части дерева.
Гуляя по тропе вокруг сплетений корней дерева посетители могут обнаружить вход внутрь массивного ствола и открыть для себя 430-местный 3D-кинотеатр. Вход между корней можно увидеть, посмотрев видео-экскурсию вокруг Дерева Жизни:
"Дерево Жизни является технологическим чудом, но в то же время оно символ красоты, разнообразия и великолепия животного мира на земле", - говорит Джо Род, вице-президент отдела моделирования и главный проектировщик парка. - "Мы хотим, чтобы посмотрев на него, вы испытали удивление и благоговение и в дальнейшем переносили это чувство на реальный мир животных".
Ночной вид Дерева Жизни:
Царство животных подразделяют на два подцарства: одноклеточные и многоклеточные.
Одноклеточные организмы (эукариоты) произошли от гетеротрофных прокариотов. В современной фауне к ним относят корненожек, жгутиковых, споровиков, инфузорий.
Дальнейшее развитие происходит от примитивных турбеллярий с образованием кольчатых червей (малощетинковые, пиявки, многощетинковые). Примитивные многощетинковые черви определяют возникновение четырех ветвей в древе животных.
Первая ветвь – моллюски (брюхоногие, двустворчатые, головоногие).
Вторая ветвь – членистоногие (ракообразные, паукообразные, насекомые).
Третья ветвь – иглокожие (морские звезды, морские ежи и голотурии, или морские огурцы).
Четвертая ветвь – хордовые, которые возникают вначале палеозоя, когда все типы беспозвоночных животных (рассмотренных выше) уже существовали. Произошли хордовые животные от общего с иглокожими вторичноротого двустороннесимметричного свободноплавающего предка.
Тип хордовых объединяет 3 крупные группы животных: подтипы бесчерепных, личиночнохордовых и черепных, или позвоночных. Подтип бесчерепные состоит из одного класса животных – головохордовых, всего их 30 видов, например, ланцетник. Подтип личиночнохордовые (или оболочники) произошли от примитивынх свободноплавающих бесчерепных, которые перешли к сидячему образу жизни. Оболочники все являются морскими организмами, среди наиболее известных – асцидии.
Высшим подтипом хордовых являются позвоночные. Среди позвоночных выделяют круглоротых (бесчелюстных) – это миноги, миксины. От примитивных круглоротых произошли рыбы, которые делятся на хрящевые, костные, кистеперые, двоякодышащие. Кистеперые рыбы дали начало земноводным, или амфибиям. Амфибии включают в себя хвостатых, бесхвостых, безногих. Например, протеи, тритоны, саламандры и сирены; жабы и лягушки; рыбозмеи и червяги. От амфибий произошли рептилии, или пресмыкающие. В современной фауне присутствуют отряды чешуйчатых (змеи, ящерицы, двуходки, хамелеоны), крокодилов, черепах и клювоголовых (гаттерии).
От неспециализированных, лазающих пресмыкающих произошли птицы. Современные птицы включают группы килевых, или летающих; плавающих, или пингвины; бескилевых, или бегающие (страусы, киви, казуары).
Предками млекопитающих являются неспециализированные палеозойские рептилии с чертами строения земноводных, или зверозубые рептилии. Первые млекопитающие дивергировали на две ветви. Первая ветвь – это первозвери (однопроходные), например, ехидна, утконос. Вторая ветвь – это сумчатые (коала, кенгуру, опоссумы), а также плацентарные (землеройки, летучие мыши, грызуны, хищные, ластоногие, парнокопытные, непарнокопытные, слоны, приматы, человек). Линия человека начинает развиваться от предковых форм насекомоядных полуобезьян.
Loading...