Нескучная биология - Алексей Целлариус

Кстати, нужно твердо помнить, что когда мы говорим о выборе партнера, о выгодах хвоста или, скажем, умении крокодила ловить рыбу – это метафора чистой воды. Ни павлин, ни крокодил не знают генетики, и ими движет отнюдь не желание оставить много потомков. Просто те гены, благодаря которым организм обладает строением и поведением, обеспечивающими большую плодовитость и выживаемость, начи-нают преобладать в генофонде. А их менее успешные коллеги постепенно из генофонда исчезают.

М-да… Вот перечитал я все, что понаписал в предыдущих главах, и стало мне грустно. Эволюция и ее причины – страшно интересная область биологии. Ведь это попытка разобраться в путях развития жизни вообще и в происхождении нашего собственного рода в частности. Но рассказать о путях и законах эволюции в двух коротких главах невозможно. Однако, если кому-то стало действительно интересно, разыщите для начала две книги: «Эгоистичный ген» Ричарда Докинза и «Эволюция человека» Александра Маркова. Это книги, написанные серьезными специалистами для широкого круга читателей. И читаются они, как самый захватывающий детектив.

Кто есть кто

Чем занимаются систематики

За три с половиной миллиарда лет эволюция произвела на свет неисчислимое количество разнообразных живых существ. Окинуть их единым взглядом просто невозможно. И чтобы не запутаться в полчищах мышей, лягушек, стафилококков и динозавров, их требуется разложить по полочкам. Вообще, классификация – основа любой науки, и классификация живых существ – основа биологии. Занимается классификацией организмов одна из самых старых и почтенных биологических дисциплин – систематика. Классифицировать объекты можно по самым разным признакам, например, по размеру. Или по окраске. Кстати сказать, даже такая классификация лучше, чем никакой. Но систематика недаром так называется – она строит систему. Это значит, что во внимание принимаются в первую очередь родственные связи организмов. На одну полочку укладываются живые существа, сходные по происхождению, а следственно – сходные по строению. Такая система называется филогенетической, от слова филогенез: фила – по-гречески племя, и генезис – происхождение. Вообще же, строение и происхождение не совсем одно и то же. Строение может быть в чем-то сходным в результате обитания в сходных условиях. Киты похожи на рыб, а летучие мыши на птиц. Однако, киты и летучие мыши довольно близкие родственники, а летучие мыши и птицы – весьма дальние. Так что раскладывание живых существ по полочкам отнюдь не простое занятие. Нужно учитывать не внешнее сходство и не функцию органа, а его внутреннее строение, его принципиальную конструкцию. Довольно часто принцип устройства можно понять, только рассмотрев в деталях развитие органа в ходе эмбриогенеза – развития зародыша. При таком подходе становится ясным, что в основе китового плавника, крыла летучей мыши и собачьей лапы лежит одна схема, а в основе птичьего крыла – несколько другая. И обе схемы не имеют ничего общего с крылом мухи или бабочки. Однако и этого иногда оказывается мало. В некоторых случаях установить степень родства позволяет только сравнение строения молекул белка или хромосом. Иногда пролить свет на происхождение какой-либо группы организмов позволяет их распространение на планете.

Одно из основных понятий систематики – вид. Это совокупность организмов самой близкой степени родства. Особи одного вида всегда способны скрещиваться и производить на свет плодовитое потомство, если для этого вида вообще характерно половое размножение. Близкие виды объединяются в роды, близкие роды – в семейства. А вот группы близкородственных семейств ботаники и зоологи называют по-разному, ботаники – порядками, а зоологи – отрядами. Родственные отряды (или порядки) объединяются в классы, а родственные классы в типы (зоологи) или отделы (ботаники). Высшая категория – это царство, объединяющее родственные типы или отделы. Впрочем, около десяти лет назад ввели еще одну, высшую категорию, – домен.

Шесть царств

Некогда все произведения природы натуралисты делили на три царства – царство минералов, царство растений и царство животных. Надо сказать, что даже при таком простом разделении в классификации царила изрядная путаница. Скажем, примитивных животных, таких, как губки или актинии, одно время относили к растительному царству. Но, в общем, где-то к концу XVIII столетия границу между растениями и животными удалось провести довольно четко. Однако ненадолго. В дело вмешались микробиологи, точнее, те, кто назывался тогда микроскопистами, и дело опять запуталось. Мало того, что микроскоп позволил обнаружить массу мельчайших существ, невидимых простым глазом, так еще их изучение показало, что разделить их на растения и животных зачастую просто невозможно. Во второй половине XIX века Эрнст Геккель попробовал решить проблему, введя третье царство – царство протист. К протистам стали относить всех одноклеточных созданий.

На этом, однако, дело не кончилось. Изучение протист показало, что они делятся на две четко различающиеся группы. Одни одноклеточные имели ядро, подобное ядру клеток всех растений и животных, а другие – бактерии – обходились без него. Мало того, у бактерий обнаружилось довольно много других особенностей, их строение и физиология имели мало общего со строением и физиологией клеток, обладающих ядром. В первой половине XX века американец Герберт Купеланд предложил ввести четвертое царство – царство бактерий. Довольно быстро стало ясно, что наиболее резкая граница пролегает не между царствами, а между бактериями и всеми прочими. Мир живых существ распался на две части – те, кто обладает клеточным ядром (и некоторыми другими внутриклеточными структурами), и тех, кто этих структур лишен. Первых стали называть эукариотами (полноядерными), вторых – прокариотами (доядерными).

Но и это еще не конец. Систематиков давно смущали грибы, которые с незапамятных времен обретались в царстве растений. С развитием физиологических и цитологических исследований становилось все яснее и яснее, что грибы и прочие растения имеют не больше общего, чем растения и животные. В 1958 году ситуация «прорвалась» – Роберт Виттакер предложил выделить грибы в особое царство, что и было сделано.

Очередной сюрприз человечеству преподнесли бактериологи. Среди бактерий довольно давно была известна группа так называемых метанообразующих бактерий. Они сильно отличаются от всех прочих бактерий строением клеточной оболочки и особенностями метаболизма. В семидесятых годах XX столетия обнаружилось, что у всех этих бактерий последовательность оснований в рибосомной РНК совершенно другая, чем у всех прочих. Эту группу назвали архебактериями. Затем выяснилось, что к архебактериям относится, помимо метанообразующих, и множество других прокариот. Американец Карл Ваус показал, что дистанция между обычными бактериями и архебактериями столь же велика, как между бактериями и эукариотами. Он выделил архебактерий в отдельное царство (и всего царств стало шесть) и, кроме того, предложил ввести новый, высший таксон – домен.

По современным представлениям мир живых существ разделяется на три домена: археи, бактерии и эвкарии. Домены архей и бактерий содержат по одному царству, архебактерии и эубактерии соответственно, а домен эвкарий четыре царства – протисты, грибы, растения и животные. Происхождение эубактерий и архебактерий – вопрос крайне темный. Существует две гипотезы. Согласно одной эти организмы возникли независимо друг от друга, то есть это вообще разные формы жизни. Большинство микробиологов склоняется, однако, к мнению, что архебактерии и эубактерии произошли от одного предка, причем разошлись эти ветви вскоре после возникновения жизни вообще, то есть около четырех миллиардов лет назад. При этом архебактерии сохранили больше древних и примитивных черт, свойственных первым живым существам планеты.

Современные представления о систематике царств и доменов

Ну и, следует сказать несколько слов о еще одной группе, скажем так, органических комплексов, – о вирусах. Вирусы, на первый взгляд не имеют ничего общего с другими живыми существами и находятся, строго говоря, между миром живых организмов и миром минералов. Вирусов, обычно, вообще не включают в систему классификации живых существ. Вопрос – почему не считать их седьмым царством? Дело в том, что вирусы, о которых мы расскажем чуть поподробней в следующей главе, по всей вероятности произошли из каким-то образом получивших независимость «кусков» нормальных клеток. Причем прародителями вирусов являются все три домена.

Беспризорники

Строго говоря, вирус не более живой, чем какой-нибудь антибиотик или органический яд, которые вмешиваются в биохимические реакции наших клеток и заставляют их выделывать нечто непотребное. Вирусы могут даже кристаллизоваться, что живому организму совершенно не свойственно. Разница лишь в том, что яды, блокируя одни реакции и вызывая другие, ведут себя в живой клетке как слон в посудной лавке, а вирус заставляет эту клетку производить собственные копии.