«

»

Сен 25

Как молекулярная биология запутала «стройную» эволюционную систематику

Великий шведский биолог Карл Линней заложил основы систематики и составил первую систему живой природы. С тех пор учёные усердно трудились дополняя и совершенствуя её, при этом пытаясь втиснуть в рамки представлений об эволюции живого мира. И вот, в 1969 г. в журнале Science вышла система живой природы эколога Роберта Уиттекера, которая на полвека стала канонической: простейшие прокариоты, затем одноклеточные эукариоты, а надо всем этим царства растений, грибов и животных. Но теперь генетические исследования поставили её под сомнение. На смену «единому дереву» идет «густой куст», где ветви объединены порой по контринтуитивным основаниям. Например, представители бывших царств животных и грибов, а также ряд одноклеточных организмов объединены теперь в одной супергруппе «опистоконтов».

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: царство неживой природы (минералы), растений и животных. Ни о какой эволюции речи вообще ни шло: Линней хотел всего лишь создать упорядоченную классификацию «божьих творений».

После торжества дарвиновской теории эволюции учёные долго бились над тем, чтобы составить такую систематику, которая была бы не только удобной, но и отражала эволюционное развитие живого мира от единого предка. 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:

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 отражала эволюцию живого мира от простого к сложному.

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 (причём как им удалось провернуть такую операцию никто не понимает). Так может быть, подумали учёные, трихомонады и лямблии – это реликты тех давних, домитохондриальных времен, когда упомянутого поглощения ещё 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.

Одним словом, выяснилось, что старое эволюционное древо «по Уиттекеру» ложно трактует родственные отношения между живыми существами, которые, если опираться на молекулярные данные, 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.

От царств к супергруппам

Новая схема, построенная на основе актуальных генетических данных, была представлена в сентябре 2012 г. в журнале Journal of Eukaryotic Microbiology. Ее авторами выступили канадские биологи Сина Адл (Sina Adl) из университета Саскачевана, Аластер Симпсон (Alastair G. B. Simpson) из университета Далхаузи и свыше 20 учёных из университетов различных стран мира, включая СПбГУ (его в списке авторов представлял Алексей Смирнов с кафедры зоологии беспозвоночных).

Одного взгляда на эту схему достаточно, чтобы понять: одна радикально отличается от устаревшего «древа» Уиттекера. Вместо трех мощных ветвей многоклеточных организмов — царств растений, животных и грибов — «растущих» из общего «ствола» одноклеточных, мы видим 7-8 (их точное количество пока уточняется) ветвей поменьше, которые ученые назвали «супергруппами».

Такое название было выбрано не случайно. Во-первых, оно звучит нейтральнее, чем «царства», на которые биологи прошлого, как мы уже поняли, делили живых существ во многом по формальным, неглубоким признакам. («У Аластера аллергия на царства», — сказал об одном из главных авторов новой классификации его коллега по университету.) А, во-вторых, здесь есть одна общая черта с музыкальными «супергруппами», которые собирают рокеры калибра Пола Маккартни и Вячеслава Бутусова, из своих не менее мастеровитых коллег. А именно — пестрота состава.

Все смешалось…

В самом деле, например, в супергруппу опистоконтов (лат. Opisthokontа, что означает «заднежгутиковые») вошли в полном составе не только бывшие царства грибов и животных — в том числе и люди — но и некоторые одноклеточные организмы, например, паразит ихтиоспорея. Бывшее царство растений стало супергруппой архепластиды (Archaeplastida), вместе с красными и зелеными водорослями. Но при этом бурые водоросли ламинарии относятся у другой супергруппе страменопилы (Stramenopiles), в которую также входят одноклеточные диатомовые водоросли.

От страменопил выделились ещё 2 супергруппы: одноклеточные альвеоляты (Alveolates) и ризарии (Rhizaria). Вместе их объединяют в одну интегральную супергруппу SAR (т.е. Stramenopiles, Alveolates, Rhizaria). Интересно, что далеко не все из этих организмов вообще ведут растительный образ жизни. Так, к альвеолятам относятся, в частности, малярийные плазмодии, у которого, как показали новейшие исследования, тоже когда-то были хлоропласты! Почему эти одноклеточные организмы утратили их и вместо фотосинтеза занялись паразитизмом, став возбудителями тяжелой болезни — пока непонятно.

Амеб выделили в специальную супергруппу Amoebozoa.

Число и точный состав супергрупп пока не определены окончательно: для этого потребуется долгий труд множества научных коллективов, и привлечение новых методов анализа. Но уже ясно, что их придется увеличивать. И как будет выглядеть новая систематика в окончательном виде тоже не ясно.

КОММЕНТАРИЙ. Как мы видим, живую природу оказалось невозможным вписать в узкие рамки наших стереотипов. Новые данные молекулярной биологии запутывают ранее построенные эволюционные схемы превращения видов. Эволюция в глазах современных учёных выглядит настолько странной, что уже начинает противоречить здравому смыслу. Отчего у обывателя напрашивается вопрос: а была ли она вообще?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>