Первая амёба в роду человеческом

Ученые предлагают поменять существующее деление эукариот на группы

Изучение генетического родства организмов заставило учёных изменить взгляд на «древо жизни» ядерных организмов. В новой систематике человека объединяют с амёбами, а малярийного плазмодия — с бурыми водорослями. Другие, куда более важные, с точки зрения эволюционистов, изменения, затронут малоизвестные формы — две заполненных ими ветви «древа жизни» сростаются в одну.

На форзаце практически любого учебника биологии красуется визуальное представление классификации всех живых существ. В её основе — принципы, предложенные в середине XVIII ботаником Карлом Линнеем. Норвежские и швейцарские ученые предлагают внести серьезные поправки в следующие редакции, перерисовать «древо жизни» и даже изменить подход в создании новых лекарственных средств.

Биологическая систематика

— дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы. Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Различные уровни иерархии (ранги) имеют собственные названия: царство, тип, класс, отряд, семейство, род и, собственно, вид. Виды состоят уже из отдельных особей.

Этот принцип построения системы получил название Линнеевской иерархии, по имени шведского натуралиста Карла Линнея, труды которого были положены в основу традиции современной научной систематики. Работа «Systema Naturae» (1735) была переиздана по меньшей мере тринадцать раз ещ при его жизни. Он разделил природный мир на три царства: минеральное, растительное и животное. Линней использовал четыре уровня (ранга): классы, отряды, роды и виды.

Введнный Линнеем метод формирования научного названия для каждого из видов используется до сих пор (применяемые ранее длинные названия, состоящие из большого количества слов, давали описание видов, но не были строго формализованы). Использование латинского названия из двух слов — название рода, затем специфичное имя — позволило отделить номенклатуру от таксономии. Данное соглашение о названиях видов получило имя «биномиальная номенклатура».

В настоящее время номенклатура регулируется номенклатурными кодексами, позволяющим деление на уровни. Также принято, чтобы классификация Линнея там, где это допустимо, следовала принципам Дарвиновской теории происхождения видов.

С 1960-х развивается направление систематики, называемое «кладистика», которое занимается упорядочиванием таксонов в эволюционное дерево. Если таксон включает всех потомков некой предковой формы, он является монофилетическим.

Домены — относительно новый способ классификации. Трехдоменная система изобретена в 1990, однако до сих пор не принята окончательно. Большинство биологов принимает эту систему доменов, однако значительная часть продолжает использовать пятицарственное деление. Одной из главных особенностей трехдоменного метода является разделение археев (Archaea) и бактерий (Bacteria), которые ранее были объединены в царство бактерий. Существует также малая часть учных, добавляющих археев в виде шестого царства, но не признающих домены.

Если при объединении более-менее похожих существ в маленькие группы (семейство, род, отряд) у ученых обычно не возникает споров, то формирование более крупных таксонов — типов, царств, надцарств — никогда не обходилось без ожесточенных дискуссий.

На Земле можно выделить две основные клеточные формы жизни — прокариот и эукариот (вирусы относятся к неклеточным). Принципиальное различие двух описанных групп в форме организации генетического материала. Если у прокариот (бактерии и археи) он свободно «плавает» в цитоплазме в виде замкнутого кольца или еще более коротких цепочек, то эукариоты, также называемые ядерными, обладают сложной системой организации ДНК с белками в форме хромосом, которые, в свою очередь, отграничены от всей остальной цитоплазмы мембраной ядра.

Эукариоты или ядерные (Eukaryota)

надцарство живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все клеточные, кроме бактерий и архебактерий, являются ядерными.

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Считается, что все эти столь несхожие организмы имеют общее происхождение, поэтому группа ядерных рассматривается как монофилетический таксон наивысшего ранга. Согласно наиболее распространнным гипотезам, эукариоты появились 1,5-2 миллиарда лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез - симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и проглоченными этой клеткой бактериями - предшественниками митохондрий и хлоропластов.

Эукариотические клетки в среднем намного крупнее прокариотических, разница в объме достигает тысяч раз. Клетки эукариот включают около десятка видов различных структур, известных как органоиды (или органеллы, что, правда, несколько искажает первоначальное значение этого термина), из которых многие отделены от цитоплазмы одной или несколькими мембранами. В прокариотических клетках всегда присутствуют клеточная мембрана, рибосомы (существенно отличные от эукариотических рибосом) и генетический материал - бактериальная хромосома, или генофор, однако внутренние органоиды, окруженные мембраной, встречаются редко.

Ядро - это часть клетки, окружнная у эукариот двойной мембраной (двумя элементарными мембранами) и содержащая генетический материал: молекулы ДНК, «упакованные» в хромосомы. Ядро обычно одно, но бывают и многоядерные клетки.

Как правило, их делят на животных, растения, грибы и всё остальное — группу простейших, у которых биологи даже не могут найти иной общей черты, кроме непохожести ни на грибы, ни на растения, ни на животных. Вокруг простейших было сломано больше всего копий. Отдельных их представителей то разделяли по трём главным царствам, то выделяли в них равноправные с растениями и животными царства, число которых подбиралось к десятку.

Параллельно с делением на царства учёные также ввели разделение на супергруппы, которые больше отражают не схожесть организмов, а их происхождение. Деление действительно параллельно, и в одну и ту же группу могут попадать клады, относящиеся к разным рангам биологической систематики.

В основе и таксономии, и «дерева жизни» лежит принцип родства, ранее устанавливаемый на основании многочисленных исследований структуры, свойств и биохимических особенностей организмов — короче говоря, внешних или внутренних признаков. Современная генетика позволяет сделать это куда более достоверным, а главное, быстрым способом.

Сейчас, как никогда раньше, создались идеальные условия для пересмотра традиционного эволюционного древа и классификации живых существ.

Специалистам из университетов Осло и Женевы для этого даже не понадобилось проводить новых экспериментальных исследований. Взяв за основу 5000 генов, они определили 123, варианты которых в той или иной форме встречаются у всех живых существ. За этим последовало более детальное сравнение, потребовавшее вычислений с помощью практически всей компьютерной сети главного университета Норвегии.

Результаты потрясли даже самих ученых, а они уже взбудоражили остальную научную общественность. Группы эукариот генетики предложили полностью «переделить».

Они утверждают, что всех ядерных существ надо разделить на четыре супергруппы вместо пяти, использовавшихся до сих пор.

Среди растений, по мнению биологов из Осло, должно найтись место также зеленым и красным водорослям. Опистоконты, ранее включавшие животных (и человека) и грибы, должны принять в свою супергруппу амёб. Третья группа — экскаваты, к которым отнесены многие человеческие паразиты, а также некоторые типы водорослей.

Четвёртая, новая группа объединила простейших, прежде относившихся к двум другим супергруппам. С названием её биологи оригинальничать не стали, обозвав её SAR — от групп страменофил, альвеолятов и ризарий (Stramenophiles, Alveolates и Rhizaria), объединившихся в новой супергруппе.

Кладистика

направление филогенетической систематики. Характерные особенности кладистической практики состоят в использовании так называемого кладистического анализа (строгой схемы аргументации при реконструкции родственных отношений между таксонами), строгом понимании монофилии и требовании взаимно-однозначного соответствия между реконструированной филогенией и иерархической классификацией.

Кладистический анализ - основа большинства принятых в настоящее время биологических классификаций, построенных с учетом родственных отношений между живыми организмами. Кладистике противостоят фенетика, основанная на количественной оценке так называемого общего сходства (англ. overall similarity), и так называемая эволюционная таксономия, признающая ценность выяснения родственных отношений, но не требующая строгого соответствия системы и филогении (в частности, это выражается в признании права на существование в системе парафилетических групп).

Кладистика основана на идеях немецкого энтомолога и систематика Вилли Хеннига (1913-1976), изложенных в его работах 1950-1960-х годах, однако название кладистика было впервые использовано только в конце 1960-х критиками этого направления филогенетической систематики, а современные формализованные процедуры были разработаны только в 1970-е годы его последователями в США.

Правда, ученые признают, что и в их «ясной» картине есть изъян: пока некуда пристроить одну из ветвей хромальвеолятов, недостаточно совпадающую по геному с остальными «родственниками» из SAR.

Хотя от эволюционистов обычно не требуют «материальной» составляющей их работы, авторы всё-таки считают, что среди практического применения новой теории — изменение подхода в создании новых лекарственных препаратов, зачастую основывающемся на сравнении разных видов. В частности, объединив в одну группу с малярийным плазмодием коричневых и кремниевых водорослей, они планируют дать микробиологам и эпидемиологам новые модели для исследования.

Фундаментальная составляющая открытия куда значительней. Как отметил Кьетилл Якобсен, чем больше мы знаем о ветвях Древа жизни, тем больше мы можем сказать о развитии жизни:

«В определенном смысле мы работаем в генетической археологии. Возможно, так и удастся установить истоки разнообразия жизни на Земле».