Родство помнящие: как молекулярная генетика размывает границы между разными видами

Наука до сих пор не знает, сколько видов живых существ обитает сегодня на Земле. Оценки разнятся от нескольких миллионов до триллиона, но исследователи сходятся во мнении, что подавляющее большинство населяющих нашу планетов видов еще не открыты. Каждый год кропотливые зоологи и ботаники находят неизвестных до сей поры представителей флоры и фауны, не говоря уже о микроорганизмах.

Описание нового вида включает среди прочего определение его места в системе живых организмов. Уже несколько десятилетий в этом деле важную роль играет молекулярная генетика.

Истоки систематики

Работать с любой объемной информацией удобнее, когда она рассортирована по каким-либо признакам. Именно такой «сортировкой» с античных времен занимались исследователи окружающего мира. Первопроходцем и в биологию, и в систематику, стал Аристотель. В IV веке до н. э.  он написал трактат «История животных», в котором перечислил 485 животных, разделив их на кровных и бескровных.

Обман зрения

Чтобы понимать, насколько живая материя пластична по своей природе, важно знать два основных эволюционных термина о видообразовании: конвергенция и дивергенция. Первый описывает процесс появления схожих признаков у организмов, которые не являются друг другу таксономическими родственниками. Например, это могут быть крылья у птиц и летучих мышей или плавники у акул и дельфинов.

Дивергенция же представляет собой появление отличий у родственных организмов ради адаптации к условиям окружающей среды. Свидетелем дивергенции стал в XIX веке Чарлз Дарвин, который обратил внимание, что живущие на Галапагосских островах вьюрки отличаются друг от друга размером и формой клювов.

Таким образом, одной морфологии может быть недостаточно для определения родства. Особенно ярко это видно на примере микроорганизмов.

«Систематика бактерий была анекдотом. Их классифицировали по внешнему виду на круглых, длинных и скрюченных. Но, когда мы смотрим на последовательности в ДНК, тогда мы можем какие-то уровни родства устанавливать», — рассказывает доктор биологических наук, биоинформатик Михаил Гельфанд, объясняя роль генетики в деле установления родственных связей между разными организмами.

Время молекулярной генетики

Поиск родственных связей у одноклеточных организмов до сих пор остается одной из сложных задач для науки. Например, систематика простейших часто меняется, порой весьма кардинальным образом. Какое-то время простейших считали подцарством в царстве животных, затем их стали выделять в самостоятельное царство, но составляющие его группы отличаются большим разнообразием. Сегодня простейших и других эукариотов, которые не относятся к царствам животных, растений и грибов, объединяют в группу протистов.

Изучение генетического материала протистов то и дело приносит сюрпризы. Например, долгое время для зоологов и ботаников была загадкой эвглена зеленая (Euglena viridis) — это одноклеточное сочетает признаки как животного, так и растения, поскольку способно, в зависимости от внешних условий, вырабатывать энергию за счет поглощения органики или фотосинтеза. Молекулярная генетика показала, что эвглена состоит в родстве с трипаносомами — группой паразитов, к которой относятся возбудители сонной болезни и болезни Шагаса. Но предки эвглены зеленой отказались от паразитирования.

Уже упомянутая сложность с классификацией бактерий во многом связана с их способностью стремительно мутировать, особенно в агрессивной среде. Так, изучая устойчивость бактерий к антибиотикам в лабораторных условиях, ученые могут наблюдать, как микроорганизмы эволюционируют — речь буквально идет о появлении новых видов в считаные дни.

Можно было бы подумать, что с многоклеточными организмами дело обстоит проще. Отчасти это так, потому что их существует гораздо меньше, но и тут молекулярная генетика порой меняет устоявшиеся представления. Самым известным примером считается установление родства китов и бегемотов — анализ их ДНК указал на существование общего сухопутного предка, жившего примерно 55 млн лет назад. Зоологи не верили в эти выводы, но их впоследствии подтвердили новые генетические исследования и палеонтологические находки.

Хотя в этой истории еще остались некоторые белые пятна, в XXI веке систематики объединили отряды парнокопытных и китообразных в отряд китопарнокопытных (Cetartiodactyla), к которому относятся не только киты и бегемоты, но и свиньи, верблюды, жирафы, олени, коровы и т. д.

Похожая история произошла и с птицами. Многие слышали, что современные птицы состоят в родстве с вымершими динозаврами. А среди современных рептилий к птицам ближе всего оказываются крокодилы — молекулярная генетика показывает, что эти хладнокровные хищники более близки к пернатым, чем к черепахам, змеям и прочим рептилиям. В один отряд птиц и крокодилов ученые сводить не готовы, но объединяют их в кладу архозавры по наличию общих предков.

Есть ли границы

Результаты исследований молекулярных генетиков подводят к простой мысли: границы между видами во многом условны и существуют лишь для удобства человека. Эволюция не стоит на месте, а развитие генной инженерии дает ученым потенциальную возможность буквально создавать новых существ, наделяя их нужными признаками. Впрочем, в человеческий геном изменения вносятся уже миллионы лет естественным путем — он, к примеру, содержит гены древних вирусов. Своими генами с нами также «поделились» в сравнительно недавнем прошлом близкие родственники: неандертальцы и денисовцы, с которыми скрещивались кроманьонцы, покинувшие Африку.

Так нужна ли сегодня строгая систематика живых организмов? Конечно, нужна — новые научные методы расширяют наши представления о происхождении жизни и эволюции, а также позволяют находить неизвестные родственные связи между разными видами или подтверждать выдвинутые ранее теории о существовании таких связей. Открытия последних лет вносят изменения в систематику, но вовсе не разрушают ее до основания. Во всяком случае, пока.