Окаменелости: классификация

Попытки ученых классифицировать десятки миллионов организмов, обитавших на Земле как в наши дни, так и в далеком геологическом прошлом, основывались на очень древних традициях. Ученые античной Греции и раннего христианского мира разработали множество схем, в соответствии с которыми живые организмы подразделялись на иерархические ступени — от самых примитивных до самых развитых (человек). Каждой из этих иерархических ступеней соответствовали естественные группы организмов, например: черви, насекомые, рыбы, птицы, млекопитающие, люди и т.д. За много столетий эти понятия стали общепризнанными и прочно вошли в наш язык.

В 1836 году английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин на борту парусника «Бигль» отправился в ознакомительное путешествие по Южной Америке и островам Тихого океана. Свои геологические наблюдения и заметки об ископаемых и живых организмах, с которыми он столкнулся в этом путешествии, ученый записывал в дневник. Они подтолкнули его к созданию теории эволюции, которая впоследствии была сформулирована в работе «О происхождении видов» (1859), вызвавшей много споров.

НАСЛЕДУЕМЫЕ ПРИЗНАКИ

Люди испокон веков изучали семейные связи, генеалогические истории и с древних времен выработали навыки разведения одомашненных растений и животных. Эти наблюдения заложили основу понимания многих жизненных процессов и принципов их наследования. Наши предки тысячи лет возделывали злаки, овощи, декоративные растения, все более улучшая их полезные качества и внешний вид. Подобным же образом человеческое вмешательство «улучшило» породы крупного рогатого скота, лошадей, собак и кошек. В те времена люди еще не установили механизмов наследования, однако вывели главный принцип: «подобное рождает подобное». Они понимали, по крайней мере на прагматическом уровне, что признаки родителей передаются по наследству их потомкам.

КЛАССИФИЦИРУЯ ЖИВОЕ

С 1735 года общепринятый биологический метод группировки растений и животных основывается на схеме, предложенной шведским натуралистом Карлом Линнеем (1707—1778) в работе «Система природы». Линней полагал, что виды — это отдельные биологические единицы, не изменяющиеся от поколения к поколению.

НАЗВАНИЯ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Линней разработал иерархическую систему классификации, состоящую из четырех уровней: вид, род, отряд или порядок, класс. Линней предложил и используемый по сей день метод, по которому каждый вид получает имя, состоящее из двух латинских слов: первое — название рода, и второе — название вида. Например, род, к которому принадлежит человек, называется «хомо», а вид — «сапиенс». Линней поместил род Homo в отряд приматов, наряду с человекообразными обезьянами, низшими обезьянами и лемурами. Приматы, в свою очередь, входят в класс млекопитающих, составную часть царства животных.

ДАРВИНОВСКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Метод классификации, предложенный Линнеем, поначалу вызывал критику, но затем был принят на вооружение всеми учеными. Однако он постоянно расширяется, чтобы вместить в себя все открытия в биологии. Для натуралистов начала XIX века этот метод был олицетворением порядка, царящего в природе. Однако теория эволюции, разработанная одновременно Чарльзом Дарвином и Альфредом Уоллесом в 1858 году, перевернула общепринятые взгляды. Влияние работы «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» ощущается до сих пор.

ЭВОЛЮЦИОННЫЕ СВЯЗИ

В соответствии с теорией эволюции группы организмов с течением времени превращаются одна в другую, и между ними должны существовать эволюционные связи, или переходные формы. Но Дарвин понимал, что найти подтверждение его взглядам в летописи окаменелостей будет нелегко. Его опыт и познания в геологии показывали, что окаменелости слишком фрагментарны, чтобы подтвердить его теорию. Земля сохранила в окаменелом виде слишком малую часть обитавших на ней видов, и найди среди них промежуточные звенья будет невозможно. Дарвин, без сомнения, был бы поражен, узнав, с какой широтой — в свете современных методов датирования и анализа окаменелостей — ископаемые остатки подтверждают его революционную теорию, выдвинутую в середине XIX века.

ДОИСТОРИЧЕСКАЯ «РОДОСЛОВНАЯ»

Немецкий биолог XIX века Эрнст Геккель (1834—1919) одним из первых описал всю последовательность изменений, какие претерпела жизнь на Земле на протяжении долгого доисторического периода. Он представил историю жизни в виде развернутой родословной, или «генеалогического дерева», где на самой верхней ветке располагается человек.

ОБЩИЕ ПРЕДКИ

Кроме того, Геккель выдвинул понятие типа, или филума (от греческого слова, означающего «стебель»). Тип представляет собой новый, более высокий ранг классификации. Все классы организмов, входящих в тип, имеют общего предка. Эта концепция дала классификации Линнея новое измерение. Все виды, как живые, так и вымершие, имеют свое место на филогенетическом дереве, и линии их развития прослеживаются вплоть до общего предка.

ВРЕМЕННОЙ АСПЕКТ

Дарвин и Геккель помогли классификации организмов перерасти в генеалогию, которая показывает, как виды изменяются с течением времени. Эта теория поддерживалась новой информацией, которую извлекали при изучении окаменелостей. Однако различная природа ископаемых и живых организмов часто создавала проблему определения родства. К ископаемым организмам нельзя было применить тот же метод проверки, который использовался на живых организмах, — установить, способны ли они скрещиваться, давая плодовитое потомство.

КЛАДИСТИКА

Кладистический анализ (от греческого «кладос» — ветвь, отросток) — это новейший метод изучения эволюционных и биологических взаимосвязей между организмами. Его разработал энтомолог (специалист по насекомым) Вилли Хенниг. Он представляет собой формальный способ, позволяющий оценить, много ли сходных характеристик имеют различные организмы, как живые, так и вымершие. С применением этого метода фактор времени теряет свою важность. Степень родства между изучаемыми видами и их ближайшими общими предками представляется в виде разветвленной схемы — кладограммы.

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Кладограмма создается путем оценки признаков, которыми обладают исключительно два изучаемых вида организмов (эти черты называют общими характеристиками, или синапоморфиями). Последовательность разветвлений (узлов) на кладограмме показывает порядок, в котором развивались синапоморфии.

МНОГОЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ СРАВНЕНИЯ

Показывая порядок, в котором появлялись общие характеристики, кладограмма может помочь в достижении нескольких целей. Группы, имеющие больше или меньше общих характеристик, имеют, соответственно, большую или меньшую степень родства. Кроме того, они помогают понять последовательность, с которой появлялись те или иные особенности строения или поведения (например, как у птиц появились крылья). Для ученых очень важно сравнить как можно больше различных характеристик и организмов.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ ДЕРЕВО

Когда биологи научились анализировать и описывать генетический код (ДНК) различных организмов, они получили новый способ установления родства между различными группами живых существ на молекулярном уровне. Молекулярная филогения — способ оценки фундаментальных взаимосвязей между организмами — основывается на информации, содержащейся в генетическом коде. Измеряя степень сходства между организмами на молекулярном уровне, ученые проверяют морфологическую классификацию, основанную на внешнем облике и строении организмов. Оценка генетического сходства помогла решить многие основополагающие вопросы. Например, она показала, что шимпанзе и люди стоят друг к другу намного ближе, чем каждый из этих видов к гориллам.

ПРОВЕРКА ИСКОПАЕМЫХ ДАННЫХ

Генетический метод не может применяться для исследования вымерших групп, однако он дает полезную информацию, которая может применяться при исследовании окаменелостей. Например, точная оценка генетического расстояния между основными группами (типами) беспозвоночных, такими, как кольчатые черви, моллюски, членистоногие, иглокожие, позволяет определить, давно ли во времени разошлись эволюционные пути этих групп. Представители этих типов многоклеточных организмов (метазоа) были найдены в кембрийских пластах, однако генетические методы показали, что первые многоклеточные появились в докембрийской эре, около 800 млн. лет назад, то есть значительно раньше, чем показывала летопись окаменелостей. Теперь палеонтологи стараются проверить это утверждение.

Анализ генетического сходства дал некоторым ученым основания предположить, что киты находятся в родстве с парнокопытными млекопитающими, такими, как гиппопотамы. Однако другие исследователи полагают, что у нас имеется слишком мало данных для такого вывода.