Современная классификация земных организмов значительно отличается от привычного разделения на животных и растений, которым пользовалось человечество сотни лет. Ученые стали описывать органический мир с помощью сложных систем, и эти системы постепенно усложняются. О классификации органического мира рассказывает кандидат биологических наук, заместитель декана биологического факультета МГУ Галина Белякова.
– Со времен Аристотеля люди делили все живые организмы традиционно на животных и растения, и такая система органического мира держалась довольно долго, но потом все постепенно стало усложняться. Довольно долго была система из пяти царств – это бактерии, простейшие одноклеточные, животные, растения, грибы. Но в настоящее время все стало еще сложнее. С чем связаны изменения, которые происходят в системе описания органического мира?
– Действительно, очень долго держалась точка зрения, что все живые организмы надо разделить на животных и растения. И в основу такого подхода был положен принцип отличия животных и растений. Речь шла о тех многоклеточных организмах, которые были доступны обывателю в быту и ученым. Пока не было микроскопа, видели только внешние признаки организмов. И животные отличались от растений, во-первых, активным образом жизни, а растения вели прикрепленный образ жизни, и способами поглощения питательных веществ. И вот эта точка зрения господствовала значительно дольше, чем система органического мира, состоящего из пяти царств. Она держалась до того момента, когда Левенгук (Antoni van Leeuwenhoek) первым увидел бактерии, и первым увидел такой удивительный организм, как вольвокс (Volvox).
Дальнейшее развитие микроскопии привело к тому, что стало доступен тот мир, который раньше не был знаком. Вольвокс, который наблюдал Левенгук в капле воды, как бы соединяет в себе признаки как животного, так и растения. Он подвижен, у него есть хлоропласты, он фотосинтезирует, а не глотает пищу. Тогда куда его нужно было относить?
Традиционно в наших школьных учебниках, если открыть учебник зоологии, то там есть простейшие, есть жгутиконосцы, есть окрашенные жгутиконосцы и там вы найдете вольвокс. Откройте учебник ботаники, вы найдете группу низших растений, найдете водоросли и тоже найдете вольвокс. И вот эта ситуация привела к тому, что скопилось большое количество таких одноклеточных организмов, которым не знали, где их место в систематике.
Геккель в конце XIX века предложил выделить новое царство протист Protist, куда отнес одноклеточные организмы.
Наверное, еще полвека прошло прежде, чем развитие биологических наук привело к сознанию того, что есть два типа клеток - это прокариотные (безъядерные) и эукариотные (клетки с ядром). В 1938 году было предложено еще одно новое четвертое тогда царство, куда отнесли все прокариотные организмы – бактерии.
Получилось три эукариотных царства – протисты, животные и растения. Это царство протист напоминало такую сборную солянку, куда относили то, что не подходило ни к растениям, ни животным. И туда же отнесли грибы. Но что такое грибы? Дальше было выделено самостоятельное царство грибов из царства протистов. Потому что отнесение к низшим растениям, неоправданно – у грибов нет хлоропластов, они не фотосинтезируют, у них хитиновые клеточные стенки. То есть это такие организмы, которые как бы соединяют в себе свойства растительной и животной клетки. Поэтому было создано царство такое, которое назвали грибы.
До середины 1970-ых годов была система четырех эукариотных царств и одного царства прокариотов. А дальше американский исследователь Кард Вазё (Carl Woese) открыл археи (Archaea).
Археи - организмы, которые имеют прокариотическое строение клетки. Но как оказалось, очень далеко отстоят от настоящих бактерий. Причем все системы, которые были, они основывались на типических признаках – морфология, физиология, биохимия организма.
Карл Вёзе предложил использовать признаки, связанные с анализом последовательности нуклеотида генов и предложили этот ген ДНК для прокариотических клеток, который котирует РНК, входящую в состав рибосом.
Рибосомы – это структуры, которые есть во всех клетках, на них идет синтез белка. И оказалось, что империя прокариот неоднородна. И тогда была выделена и предложена система не пяти царств, а трех доменов. Вёзе предложил использовать домены - это на сегодняшний день самая высокая иерархическая категория и вот такие три домена: бактерии, археи и эукариотные организмы. А уже внутри этих доменов идет деление на империи, империи делятся на царства, царства на отделы ну и так далее.
– Понятно, что никакой ученый не может запомнить все миллионы описанных видов, их надо по каким-то полочкам разложить. Но это делается только для удобства или отражает какую-то объективную реальность?
– Систематика, как наука о видовом разнообразии организмов, занимается не только тем, систематизированием того, что уже накоплено, но она отражает и уровень развития биологии. Она позволяет делать такие обобщения, которые дают возможность продвижения в биологии, причем в разных направлениях биологических наук, которые на первый взгляд как бы не связаны обывателем с систематикой. Это и цитология, и биохимия, и молекулярная биология. Осмысление знаний и понимание того, что известно на сегодняшний день, дает плацдарм для того, чтобы идти дальше. И в этом отношении как раз систематика играет большую роль. Профессор Дикун, мой учитель на лекциях говорил: вы купили книги и их накопилось много, тогда нужна полочка, чтобы их расставить. А дальше вы расставите книги в зависимости от того, какую цель вы преследуете. Вы можете поставить рядом красивые корешки и это будет доставлять эстетическое удовольствие, а можете расставить по тематике – здесь детективы, здесь – по ботанике, здесь – по грибам. И тогда если вам нужно какую-то книгу, вы ее легко найдете. Вот построения и системы, которые существуют, задаются теми целями исследователей, которые эти системы создают. И существуют системы как искусственные, так и естественные.
Если вы хотите, например, описать биоразнообразие, вы приходите к водоему и хотите узнать, какие там водоросли живут и вам все эти водоросли нужно определить и в какую-то систему свести. Для этого существуют такие искусственные системы, в основе которых лежат чисто морфологические признаки, которые легко давали вам возможность определить и опознать тот организм, который есть. И такие искусственные системы есть. Но в биологии, как и в любой в науке, система стремится к естественности и она должна не только многообразие механизмов отражать, но и должна попытаться отражать связи между этими родственными организмами. К такой системе стремятся естественные научные системы. Естественную систему для всех организмов на сегодняшний день пока невозможно создать, потому что не обо всех организмах известен жизненный цикл и строение.
Сегодня естественная система – это дерево, где есть основание и расходящиеся ветви. Есть компьютерные программы, которые позволяют создавать деревья и по длине ветвей, по углу расхождения можно судить о родственных отношениях.
– Сейчас главным критерием для классификации живых организмов считаются именно родственные связи?
– Главное это попытки создать такие естественные, филогенетические системы, в которых было бы отражено, кто от кого произошел. Но в чем трудность, которая возникает? Все понятно с этими тремя большими доменами, как бы их сейчас никто не опротестовывает. Есть домен бактерий, есть археи и есть эукариоты. Об археях известно, что это единственные метаногенные организмы, что у них есть отличия от бактериальных РНК, что у них в клеточной стенке нет муреина, что характерно для бактериальных. Муреин – вещество, которое входит в состав клетки бактерий, именно на него действуют пенициллиновые антибиотики, подавляя синтез муреина, за счет этого подавляют развитие возбудителей ряда бактериальных заболеваний. У архей, несмотря на то, что они прокариоты, этих свойств нет, и у них есть нейтроны, те участки, которые кодируют аминокислоты, что характерно для эукариот. Оказалось, что археи, не имеющие ядра по морфологии клетки ближе всего к бактериям, но при построении филогенетических схем они ближе стоят к эукариотам, чем к бактериям.
– То есть ученые решили, что различия на генетическом уровне, тонкие биохимические различия важнее, чем внешние морфологические признаки. Потому что в микроскоп бактерии и археи не отличить.
– Не отличишь абсолютно. Так же могут быть и жгутики, и клетки. Единственное, что кубическая форма характерна только для архей и не характерна для бактерий. Это единственное. То же самое произошло с водорослями. Водоросли, если мы перейдем к группе эукариотных организмов, на сегодняшний день подверглись такой самой радикальной перестройке и переосознанию. Потому что если взять середину прошлого века, водоросли считались низшими растениями, как это было и при Линнее. На самом деле водоросли не представляют собой таксономическую категорию - это разнородная группа организмов, которые находятся на сегодняшний день в четырех из пяти империй эукариот.
Империи эукариот можно разделить на империи, которые различаются такими устойчивыми признаками, как жгутики у сперматозоидов, строение митохондрий, бороздка на клетке и другие признаки. Уточнение и генетических признаков, и морфологических продолжается.
