Ирина Лагунина: 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. С ней беседуют Александр Марков и Ольга Орлова.
Александр Марков: Традиционно, со времен Аристотеля люди делили все живые организмы 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 во много раз сложнее. Галина Алексеевна, скажите пожалуйста, с чем связаны изменения, которые происходят в системе органического мира?
Галина Белякова: Вы правильно в начале сказали, что очень долго держалась точка зрения, что все живые организмы можно разделить на животных и растения. И в основу такого Аристотелевского подхода был положен принцип основных отличий животных от растений. Речь шла только о тех многоклеточных организмах, которые были доступны обывателю в быту да и ученым, когда не было ещё микроскопа, и видели только внешние признаки организмов. И животные отличались от растений, во-первых, активным образом жизни (а растения вели сидячий, прикрепленный образ жизни) и способами поглощения питательных веществ (захват, активным, голозойным питанием). И эта точка зрения господствовала значительно дольше, чем система органического мира, состоящая уже потом из пяти царств. Она держалась до того момента, когда Левенгук впервые разглядел бактерии, первым увидел такой прекрасный организм, как вольвокс, дрожжи. И после этого развитие микроскопии привело к тому, что стало доступен тот мир, который раньше не был вообще знаком. Было описано очень много видов, которых пытались поместить в эти два царства — животные и растения.
Но тот же вольвокс, который наблюдал Левенгук в капле воды, соединяет в себе признаки как животного (если подходить с точки зрения Аристотеля), так и растения. Он подвижен, но у него есть хлоропласты, он фотосинтезирует, он не поглощает активно, не глотает пищу. Тогда куда его нужно было относить? Традиционно даже в наших школьных учебниках... Если Вы откроете учебник зоологии, то там есть группа простейших, есть жгутиконосцы, есть окрашенные жгутиконосцы, и там вы найдете этот вольвокс. Откройте учебник ботаники — найдете группу низших растений, найдете зеленые водоросли и тоже найдете там этот вольвокс. Скопилось большое количество таких одноклеточных колониальных организмов, которым не знали место.
И Геккель в конце XIX века предложил выделить новое царство протист, куда отнес одноклеточные и колониальные организмы. Наверное, еще полвека прошло прежде, чем развитие биологических наук привело к осознанию того, что есть два типа клеток - это клетки прокариотные и эукариотные. И в 1938 году было предложено еще одно, новое, четвертое тогда, царство монер, куда отнесли все прокариотические организмы - бактерии.
Но опять же, царство протист напоминало сборную солянку, куда относили всё то, что не подходило к крайним точкам — ни к растениям, ни к животным. Эти все промежуточные организмы находились в протистах. Там же находились и грибы. Но что такое грибы? Следующее осознание — выделение грибов из царства протист в самостоятельное царство, потому что традиционное их отнесение в ботанических системах к низшим растениям неоправданно - у грибов нет хлоропластов, они не фотосинтезируют, у них в клеточных стенках хитин, в обмене веществ - мочевина. То есть это такие организмы, которые как бы соединяют в себе, их клетка соединяет в себе, свойства растительной и животной клетки. Поэтому было осознано такое царство, которое назвали «грибы». Где-то до середины 90-х годов эта система четырех эукариотных царств и одного царства прокариотов существовала, и ею активно пользовались. А дальше наука развивалась таким образом, что американский исследователь Карл Вёзе открыл археи. Археи - изумительные организмы, которые имеют прокариотическое строение клетки, но, как оказалось, очень далеко отстоят от настоящих бактерий. Причем все системы, которые были до Вёзе, в построениях основывались на типических признаках - морфология, физиология, биохимия организма, и на основании этих признаков организмы классифицировались. А Вёзе предложил использовать признаки, связанные с анализом последовательности нуклеотидов гена и предложили ген 16-рибосомальной РНК для прокариотических клеток, который кодирует 16-рибосомальную РНК, входящую в состав рибосом. Рибосомы - структуры, которые есть во всех клетках, на них идет синтез белка. И оказалось, что царство монер неоднородно. И тогда была предложена система уже не пяти царств, а трех доменов. Домен на сегодняшний день — самая высокая таксономическая или иерархическая категория. И три домена, которые существуют на сегодняшний день — это бактерии, археи и эукариотные организмы. А уже дальше, внутри этих доменов, идет деление на империи, империй на царства, царств на отделы и так далее.
Александр Марков: А для чего вообще нужна такая наука — классификация, систематика? Это делается исключительно для нашего удобства? Понятно, что никакой ученый не может запомнить все миллионы описанных видов, их надо разложить по каким-то полочкам. Это делается только для удобства, или отражает какую-то объективную реальность?
Галина Белякова: Систематика, как наука о разнообразии органического мира, о видовом разнообразии этих организмов, занимается не только, как Вы правильно сказали, систематизированием того, что уже накоплено, но она отражает и уровень развития биологии. Она позволяет делать такие обобщения, которые дают возможность продвижения дальше в биологии, причем в разных направлениях биологических наук, которые на первый взгляд как бы не связаны для обывателя с систематикой. Та же цитология, биохимия, молекулярная биология. Попытка осмысления 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. Дмитрий Александрович Дьяков, мой учитель, на лекциях приводит такой пример (студенты иногда тоже задают этот вопрос, зачем нужна систематика): «Вы купили книги, и у вас их накопилось столько много, что нужна полочка, чтобы их расставить. А дальше вы их расставите в зависимости от того, какую цель вы преследуете. Вы можете их поставить корешками красивыми, и это будет доставлять вам эстетическое удовольствие, а можете расставить по тематике - здесь детективы, здесь - по ботанике какие-то книжки, здесь - по грибам поставите. И тогда, если вам нужно какую-то книгу, вы ее легко найдете.» Вот и построения и системы, которые существуют, задаются теми целями исследователей, которые стараются эти системы создать. И существуют системы как искусственные, так и естественные.
Если вы хотите, например, описать биоразнообразие, если вы подходите к водоему и хотите узнать, какие тут водоросли живут, и вам все эти водоросли нужно определить и свести в какую-то систему, Вас не интересуют родственные связи между этими организмами, кем они приходятся другим группам. И для этого существуют такие искусственные системы, в основе которых лежат чисто морфологические признаки, которые бы легко давали вам возможность определить и опознать тот организм, который есть. И такие искусственные системы есть. Но в биологии и в науке любая система стремится к естественности, и она должна не только отражать многообразие организмов, но и должна попытаться отражать связи между этими организмами — родственные, кто наиболее древний. К такой системе стремятся естественные научные системы. К сожалению, естественную систему для всех организмов на сегодняшний день пока создать невозможно, потому что не у всех организмах известен жизненный цикл и строение.
Ольга Орлова: Т. е. аналога таблицы Менделеева здесь не получается.
Галина Белякова: Аналог таблицы Менделеева пытались создать, и есть такие искусственные системы, которые сводятся к сетке. Но это не естественные системы. Естественная система, то, что сейчас пытаются создать, — это построение таких кладограмм, когда вы создаёте дерево, где есть основание, дальше расходящиеся ветви. Есть такие компьютерные программы, которые позволяют создавать эти деревья, и по длине ветвей, по углу расхождения можно судить о родственных отношениях. Таблица Менделеева таких родственных отношений не даст.
Александр Марков: Сейчас главным критерием для классификации живых организмов считаются их родственные связи, правильно?
Галина Белякова: 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, 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 стенок. 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 в геноме есть нейтроны, те участки, которые не кодируют аминокислоты, что характерно для генома эукариот. Оказалось, что археи, не имеющие ядра и по морфологии клетки стоящие ближе всего к бактериям, при построении филогенетических схем ближе стоят к эукариотам, нежели к бактериям.
Александр Марков: То есть здесь решили, что различия на генетическом уровне, тонкие биохимические различия важнее, чем внешние морфологические признаки. Потому что под микроскопом бактерии и археи не отличишь.
Галина Белякова: Не отличишь абсолютно. Так же могут быть и жгутики, и клетки такие же. Единственное, что есть такая кубическая форма, которая характерна только для архей и не характерна для бактерий. Это единственное. Внешне их нет, нельзя отличить. Но оказалось, что сходные внешние, морфологические, признаки часто обусловлены сходством условий обитания. То же самое произошло с водорослями. Водоросли, если мы перейдем к группе эукариотных организмов, на сегодняшний день подверглись самой радикальной перестройке и переосознанию. Потому что, если взять даже середину прошлого века, водоросли считались низшими растениями, разделом ботаники, в наших школьных учебниках как такая таксономическая категория, как это было 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. Водорослей нет только в империи одножгутиковых, куда (к подимперии заднежгутиковых) относятся грибы и животные.
Одно из последних дерев земных организмов где-то у самого корня
в начало.