Учебник для 10 класса

Естествознание

§ 50. Современные представления о многообразии живого

Но в нынешних веках нам микроскоп открыл.
Что Бог в невидимых животных сотворил.
М. В. Ломоносов

Как развивались представления о классификации живых существ? С чем связан пересмотр взглядов на систему царств живых организмов?

Урок-лекция

ИСТОРИЯ КЛАССИФИКАЦИИ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ. Привычнее всего подразделять живые существа на растения и животные. Восходят эти представления к Аристотелю, который предложил в качестве критериев для отнесения живых организмов к той или иной группе подвижность и чувствительность.

Растения неподвижны и нечувствительны, животные — наоборот. Линней, основоположник современной систематики, в полном согласии с классификацией Аристотеля выделил два царства: Растения и Животные. Впоследствии к двум критериям различения растительных и животных организмов Жан Батист Ламарк добавил еще и способ питания — автотрофный для растений и гетеротрофный для животных. Такая двуцарственная система живого просуществовала практически до наших дней, хотя время от времени и подвергалась сомнению.

Осложнения стали накапливаться при изучении того мира живых существ, который «нам микроскоп открыл». Эти существа оказались подвижными, поэтому по критериям Аристотеля — Линнея их следовало отнести к животным. Недаром изобретатель микроскопа Антони ван Левенгук назвал их анималькулами (зверушками). Однако среди этих зверушек обнаружились формы, как снабженные хлоропластами, т. е. растительные по своей природе, так и питающиеся гетеротрофно, которых, следовательно, надо считать животными, и, наконец, отличные от тех и других микроорганизмы (бактерии).

В результате одни и те же виды живых организмов ботаники и зоологи классифицировали по-разному. Например, согласно ботанической номенклатуре эвгленовые выделялись в самостоятельный тип, а зоологи рассматривали их лишь как отряд в классе жгутиконосцев. Таких «двуцарственных» видов, которые классифицировались одновременно как растения и как животные, насчитывалось около 30 тыс.

Подобная неоднозначность в классификации живых существ на самом высоком таксономическом уровне (царства) свидетельствует о том, что критерии, принятые для выделения царств, либо неверны, либо требуют уточнения. Это стало еще более очевидным с развитием электронной микроскопии и с широким внедрением в систематику методов молекулярной биологии.

СКОЛЬКО ЦАРСТВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ СЛЕДУЕТ ВЫДЕЛИТЬ? Точного ответа на этот вопрос пока еще нет. Один из подходов к систематике организмов состоит в вычленении масштабных этапов их эволюции, каждый из которых отражает определенный уровень структурной организации живого, контрастно отличающийся от остальных. Речь идет о выделении подуровней в рамках онтогенетического уровня организации живых систем (см. § 29). Одно из таких подразделений мы уже знаем — это прокариоты и эукариоты.

Переход от одноклеточного состояния к многоклеточному был одним из важнейших шагов в эволюции живых существ, и совершался он независимо в разных группах эукариот. Первый его этап заключается в формировании многоклеточного организма в результате нерасхождения клеток, образовавшихся в ходе деления. При этом отдельные клетки, происходящие от одной материнской, удерживаются друг с другом механически при помощи слизи и т. п. От таких нестабильных клеточных объединений ведут два пути. Один — это формирование разнообразных многоклеточных слоевищ, а второй — совершенствование колониальной организации. Первый путь избрали многие низшие растительные организмы. Это привело к появлению того многообразия талломов, которое характерно для багрянок, золотистых, желто-зеленых, зеленых, бурых и ряда других водорослей. При этом бурые водоросли уже вплотную подошли к тканевой организации. У некоторых их представителей (рис. 56) таллом отчетливо подразделяется на пластинку, ножку и ризоиды, имеются значительные различия между клетками поверхностных слоев и сердцевины. Колониальные формы распространены не столь широко. Самые специализированные их представители, такие, как колониальный организм вольвокс, также демонстрируют дифференциацию клеток: клетки, расположенные впереди, несут более развитые жгутики и глазки, имеются половые клетки, дающие мужские и женские гаметы, и особые клетки, обеспечивающие бесполое размножение.

Рис. 56. Бурая водоросль фукус

Предложено различать пять царств живых существ (рис. 57). Все прокариоты объединяют в рамках царства Монера, четко обособленного от эукариот. Среди последних выделяют царства Животные, Растения. Грибы и Протисты. К царству животных относят многоклеточные организмы с тканевой организацией и гетеротрофным питанием. Это все животные начиная с губок. В царство растений включают только высшие растения. Они представляют собой тканевые организмы, преимущественно наземные, автотрофные по способу питания, имеющие хлороппасты и клеточную стенку, в состав которой входит целлюлоза. Грибы отличает наличие мицелия, из которого построено их вегетативное тело.

Рис. 57. Предполагаемая схема филогенетических взаимоотношений между царствами живых организмов

Эти три царства эукариот отчетливо различаются и по своей экологической роли в биосфере: растения — это продуценты, животные — консументы, а грибы — редуценты (см. § 35).

Сложнее обстоит дело с царством протистов, куда попадают все дотканевые организмы, среди которых есть и автотрофы (водоросли), и гетеротрофы (инфузории, амебы и др.), а также существа, способ питания которых может меняться в зависимости от условий среды (например, эвглена на свету фотосинтезирует, а в темноте переходит к гетеротрофии).

Практически все протисты подвижны хотя бы на одной стадии жизненного цикла (у водорослей это зооспоры и гаметы). Причем имеют место весьма разнообразные способы движения: при помощи жгутиков и ресничек, амебоидное и скользящее (диатомеи). У протистов мы сталкиваемся с разными вариантами строения хлоропластов, клеточных покровов и др. Здесь обнаруживаются самые разнообразные типы жизненных циклов, в которых причудливым образом сочетаются разные поколения (стадии): гаплоидные, диплоидные и полиплоидные.

Подобное многообразие протистов неудивительно. Именно на уровне дотканевых эукариот шла эволюция эукариотной организации, приобретались разные клеточные системы, которые закреплялись затем у высших эукариот, использовались все возможности одноклеточного организма и апробировались разные варианты выхода за пределы этого состояния, шло становление полового процесса и испытывались различные типы жизненных циклов (подробнее см. § 84). Царство протистов, таким образом, объединяет все результаты «эволюционных экспериментов» дотканевого уровня организации эукариот и потому не может быть цельным.

СОВРЕМЕННЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА СИСТЕМУ ЦАРСТВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. Накопленные к настоящему времени данные, в первую очередь молекулярно-биологические, свидетельствуют, что монеры не являются единой группой, а отчетливо распадаются на два царства — Бактерии и Археи. Первых подавляющее большинство, именно о них у нас шла речь в § 33. Архей всего около 45 видов, и живут они в экстремальных условиях, например в горячих источниках. От бактерий их отличают особенности химического состава и строения мембран, организация генома, которая ближе к характерной для эукариот. Видимо, от близких к археям древних прокариот и произошли в ходе эволюции эукариоты (см. рис. 57).

Широкое внедрение методов молекулярной биологии привело к подлинной революции и в систематике эукариот. Оказалось, что различия в последовательности нуклеотидов в одних и тех же генах (или участках генов) между некоторыми группами протистов не меньше, а подчас и больше, чем между представителями, например, царств растений и грибов или растений и животных. Это подтверждает сборный характер царства протистов, на что мы уже обратили внимание выше.

Предлагаются различные варианты системы эукариот, в большинстве которых число царств существенно увеличивается (вплоть до 18). Идет активный поиск объективных подходов, которые позволили бы объединить представления, выработанные в рамках классической ботаники и зоологии, с данными, которые предоставляет использование молекулярно-биологических методов. Процесс этот еще не завершен, но уже сейчас очевидно, что реальное разнообразие эукариотических организмов чрезвычайно велико и не укладывается не только в рамки аристотелевской классификации, но и даже в те четыре царства эукариот, которые мы описали.

Выделение высших таксонов живых организмов — царств — на основе классических критериев не соответствует современным данным. В то же время этих данных пока еще недостаточно, чтобы четко определить число и состав царств живых организмов, населяющих нашу планету.

• Какие подуровни внутри онтогенетического уровня организации живого можно выделить?
• Какие критерии использовали Аристотель, Линней и Ламарк для выделения царств растений и животных?