Новая система органического мира

На пути к созданию новой системы органического мира

Применение молекулярно-биологических методов в 50-60-х годах XX века привело к накоплению огромного количества фактических данных и к пересмотру существующей традиционной системы живого мира. Пересмотр существенно касался таксонов (от греч. taxis - «расположение») эукариот, особенно одноклеточных организмов, в частности простейших. Было установлено, что эта группа оказалась особенно разнообразной, ее стали разделять на многие типы, сильно различающиеся между собой.

Многочисленные исследования ультраструктурных, а затем и молекулярно-генетических свойств организмов привели к выводу, что нужны новые представления о простейших и надо создавать новые классификации, которые так или иначе затронут систему всех эукариот.

Дело в том, что формы тела и размеры простейших в высшей степени разнообразны; это обусловлено особенностями развития их цитоскелета в связи с характером движения, а также особенностями питания и размножения. По мере изучения простейших видоизменялись представления об их строении, это отражалось в названии групп организмов и их классификации. Такое явление наблюдалось во все времена изучения простейших. Например, термин «простейшие» (Protozoa) был введен в 1818 году, так назывались одноклеточные организмы и некоторые многоклеточные (кишечнополостные, губки и мшанки). В середине XIX века этот термин был заменен термином «древние животные» (Archaezoa). Однако в 1860 году, учитывая тот факт, что микроскопические одноклеточные организмы очень древние, появились на Земле одними из первых и, естественно, примитивнее крупных многоклеточных, их выделили в отдельную группу с названием «протоктисты» (от греч. protos - «первый»). Этим названием мелкие одноклеточные организмы были отделены от растений, животных и грибоподобных. В 1866 году Э. Геккель предложил термин «протисты» в качестве названия особого царства, включающего помимо простейших некоторых прокариот, все водоросли и низшие грибы.

В последующие годы исследования многих ученых выявили огромное разнообразие в строении клеток протистов. В начале XX века было установлено различие между прокариотическми и эукариотическими клетками. Эти данные никак не укладывались в ранее существующую систему организмов поэтому уже в середине XX века была построена новая система — традиционная система органического мира. Ее первое описание и графическое изображение, предложенное в 1959 году Р.-Х. Уиттекером, вошло во многие учебные книги. В ней три царства эукариот хорошо очерчены и отделены друг от друга, а четкая граница между ними и протистами отсутствует. Четкая граница проведена с прокариотами (названными здесь монерами).

Схема филогенетических взаимоотношений между основными группами живых организмов
Схема филогенетических взаимоотношений между основными группами живых организмов

Активное использование ультраструктурных исследований выявило огромное разнообразие в строении одноклеточных эукариот, поэтому в конце 70-х годов XX века вновь возникла необходимость пересмотра всей существующей системы органического мира.

Развитие представлений о протистах как о переходной форме (в эволюционном плане) между прокариотами и эукариотами, по мнению протозоолога профессора Сергея Алексеевича Карпова, привело к пониманию того, что в пределах протистов происходило становление всех внутриклеточных систем, которые в дальнейшем представлены и активно функционируют у растений, животных и грибов. Это функционирование действительно наблюдается и на уровне генома, и на уровне клетки, и на уровне организма. С.А. Карпов подчеркивает, что эти эволюционные события являются исключительно важными, так как определяют накопление признаков крупных линий развития эукариот.

Молекулярные исследования, осуществленные в 70-90-х годах XX века, и особенно применение метода секвенирования для расшифровки последовательности нуклеотидов в рибосомной РНК (рРНК) и ДНК позволили с помощью специальных компьютерных программ построить «молекулярные деревья» - кладограммы (от греч. klaos - «ветвь»), свидетельствующие о филогенетическом сходстве сразу по нескольким генам. Обсудив накопленные факты, Международный комитет протистологов в 2005 году предложил современную систему органического мира — глобальную систему всех организмов, функционирующую на основе их всеобщей связи и эволюции. Она рекомендована Международной комиссией протозоологов для использования в научной и учебной деятельности. Приведем ее упрощенный вариант.

Схема современной системы эукариот
Схема современной системы эукариот, разработанная Международной комиссией протозоологов в 2005 г.

Как видно из схемы, грибы оказались ближайшими родственниками животных, а бурые и диатомовые водоросли совершенно не родственны красным и зеленым водорослям, а также высшим растениям. Многочисленные простейшие (амебы, инфузории, споровики, эвгленовые и др.) входят в царства, далекие как от растений, так и от животных.

Из схемы также следует, что к настоящему времени в системе выделяются лишь шесть крупных групп (таксонов) эукариот, обозначенных новыми названиями. Охарактеризуем кратко эти группы.

Характеристики крупных групп системы эукариот

Амёбозои включают преимущественно амёбообразные организмы. Это наиболее просто организованные амебы из корненожек (лишены внутреннего скелета и наружной раковины). К амебозоям относятся и энтамебы — исключительно паразитические виды, встречающиеся почти у всех животных.

Опистоконты. Эта группа включает организмы, у которых имеется только один жгутик, всегда направленный назад, как у сперматозоида. Эта группа многообразна, но у всех ее представителей есть пластинчатые кристы в митохондриях. В группу опистоконтов включены грибы, животные и некоторые группы простейших (воротничковые жгутиконосцы).

Архепластиды. Очень крупная группа эукариот, включающая все высшие растения, зеленые и красные водоросли. Всем им свойственно простое строение пластид (их оболочки состоят из двух мембран).

Ризарии. Это большая и разнородная группа. Здесь представлены солнечники, радиолярии, раковинные амебы, фораминиферы и др.

Хромальвеолаты. Включают достаточно разнородные группы — альвеолатов (инфузории и споровики) и гетероконтов (бурые и диатомовые водоросли). Все эти организмы объединяются в данную группу по некоторым морфологическим признакам, например по наличию трубчатых крист в митохондриях.

Экскаваты. В эту группу входят различные жгутиконосцы — эвгленозои и якобиды. Многим из них свойственно наличие на их теле бороздки, в которой проходят один или несколько жгутиков. Биение этих жгутиков поднимает вокруг сидящей на субстрате клетки различные частицы, которые заглатываются простейшими. Отсюда произошло название экскаватов (лат. excavate — копать, раскапывать). Среди экскаватов есть свободноживущие (эвглена) и паразитические виды (трихомонада).

Предложенная система не является окончательной, так как место многих организмов в ней еще не определено. Однако она наметила перспективы дальнейших исследований в области систематики живых организмов.

В настоящее время ученые пытаются найти ответ на важный вопрос: какова последовательность происхождения данных шести таксонов? Поэтому следующим шагом в исследованиях будет поиск предка всех эукариот, то есть наиболее древних эукариот, представляющих корень филогенетического древа, отходящий от прокариот.

Роль систематики в биологии

Систематика — раздел биологии, целями которого является описание, именование и распределение организмов по отдельным группам различного ранга — таксонам. Систематика дает важные доказательства эволюции, показывая, что все организмы филогенетически связаны между собой в результате существующих между ними эволюционных взаимоотношений.

Фактором, затрудняющим выяснение филогенетического положения отдельных групп в системе живого мира, является неравномерное изучение свойств видов ряда таксономических групп. Во много это определяется разной степенью сохранности ископаемых остатков или древностью данной группы. Но не менее важным является и то, что до настоящего времени не весь еще живой мир, его виды и надвидовые группы исследованы учеными. К тому же сейчас, вследствие антропогенного воздействия на природу, многое из биологического разнообразия видов губится и исчезает. Это еще более затрудняет выяснение названных вопросов, решаемых систематикой и учением об эволюции.

Невозможно предвидеть, какое значение для человечества может иметь тот или иной вид в будущем, поэтому ученые и все прогрессивное человечество совместно с Организацией Объединенных Наций разработали Международную программу сохранения биологического разнообразия нашей планеты. В этой программе участвует и наша страна.