Вопросы крови: как достижения науки перевернули представления зоологов о систематике животных

1861 год, в котором начал выходить журнал «Вокруг света», пришелся на самый разгар «дарвиновской революции». Уже более ста лет живых существ классифицировали по Линнею: царство животных делилось на типы (наш тип — хордовые, подтип — позвоночные); типы разбивались на классы (мы — млекопитающие), те — на отряды (мы — приматы), далее шли семейства, роды и виды.

Эволюционный подход дал простое и, казалось, убедительное объяснение этой системе: она отражает родственные связи между видами. Но биологи заспорили, кто кому роднее. Казалось бы, все просто: на кого больше похож, тот и ближайший родственник. Но вот, скажем, на кого из млекопитающих похожи киты? Да толком ни на кого. И как быть, если разные детали анатомии животного тянут классификацию в разные стороны? Что важнее: строение зубов, по которому свиньи оказывались сходны с приматами, или наличие копыт, объединяющее свиней с лошадьми? Такие споры разгорелись вокруг многих животных.

Чтобы навести в этом хоть какой-то порядок, в 1950-х годах энтомолог Вилли Хенниг предложил подход, названный впоследствии кладистикой. Это была строгая процедура, определяющая, какое значение имеет каждая деталь строения тела. Результатом кладистического анализа было родословное древо. В его корне помещался общий предок всей классифицируемой группы (в лучшем случае ископаемый, чаще же гипотетический). В каждой развилке находился последний общий предок всех выходящих из нее ветвей. Эта процедура по крайней мере давала однозначный ответ, какой признак важнее, но по-прежнему опиралась только на строение тела.

А вот когда в 1990-х научились читать ДНК, принципы кладистики применили к генам. Это помогло выстраивать эволюционные древа уже на основе не анатомического, а генетического сходства, которое обозначало родство. Новый подход разрешил споры, тянувшиеся десятилетиями и даже веками, но опровергнул кое-что, считавшееся бесспорным. Посмотрим на несколько удивительных открытий, которые перевернули все с ног на голову.

Наш братец кролик

Родственные связи нашего собственного отряда — приматов — долгое время оставались загадочными и спорными. С одной стороны, было очевидно родство обезьян и лемуров с тупайями — древесными зверьками, похожими на землероек. Это наводило на мысль, что приматы произошли от насекомоядных. С другой, столь же явной родней приматов выглядели шерстокрылы — самые крупные млекопитающие, способные к планирующему полету. А их, в свою очередь, сближали с рукокрылыми. Были и другие версии происхождения приматов. ДНК подтвердила их родство с тупайями и шерстокрылами, причем последние оказались более близкой родней, чем тупайи (которых ранее даже включали в отряд приматов).

Но вот следующей по степени родства группой неожиданно оказались грызуны и их ближайшие родственники — зайцеобразные. Вместе с приматами и их близкой родней они образуют одну из четырех больших ветвей, на которые систематика по ДНК разделила плацентарных (т. е. не яйцекладущих и не сумчатых) млекопитающих. Эта ветвь получила труднопроизносимое имя «эуархонтоглиры».

Слоны против ежиков

Еще одна из четырех ветвей плацентарных млекопитающих — афротерии. В эту группу попали такие внешне непохожие животные, как слоны, сирены (ламантины и дюгони) и даманы (небольшие зверьки, внешне очень похожие на сурков). Впрочем, ученые и прежде знали об их родстве. Отнесение туда же трубкозуба вызвало скорее облегчение: систематическое положение этого странного африканского зверя давно было неясным.

А вот то, что в ту же группу попали африканские златокроты, выдровые землеройки и мадагаскарские тенреки, для зоологов стало настоящим шоком. Все эти животные считались несомненными представителями отряда насекомоядных, к которому относятся привычные нам ежи, кроты и землеройки. Их сходство с насекомоядными по целому ряду важных признаков поразительно, но, оказывается, не свидетельствует о родстве.

Киты отбрасывают копыта

Облик и вся анатомия китообразных настолько необычны, что несведущему человеку трудно узнать в них млекопитающих. Недаром в старину их считали рыбами. Немудрено, что вопрос о происхождении столь странных животных давно интриговал ученых. Китов то сближали с отрядом хищных (к которому относятся, например, псовые и кошачьи), то считали потомками насекомоядных. Позже стала популярной точка зрения, что они — потомки креодонтов, крупных древних плотоядных зверей, не родственных современным хищным. Но ДНК со всей непреложностью свидетельствует: киты — потомки… парнокопытных. Их ближайшие ныне живущие родственники — бегемоты, чуть дальше — свиньи, еще дальше — коровы, козы, олени и прочие жвачные.

Зоологи еще не успели свыкнуться с этой мыслью, когда молекулярную генетику подтвердила палеонтология. В последние десятилетия был найден целый ряд окаменелостей, образующих переход от типичных копытных, похожих на современных оленьков, до примитивных китообразных.

На ветках пели динозавры

В том же году, когда начал выходить наш журнал, в окрестностях баварского города Зольнхофен были найдены окаменелые остатки археоптерикса — существа, сочетавшего в себе признаки рептилии и птицы. Эта находка положила начало многочисленным гипотезам о происхождении птиц и спорам, длившимся более века. В конце концов ученые согласились, что предками птиц были архозавры — большая ветвь рептилий, к которой принадлежали, в частности, динозавры. Позже генетические данные подтвердили, что ближайшие родичи птиц среди современных животных — крокодилы, еще одна группа потомков архозавров. Но большего генетика сделать не могла: ДНК не сохраняется десятки миллионов лет, отделяющих нас от динозавров.

Однако в конце XX — начале XXI века палеонтологи стали все чаще находить на остатках динозавров следы перьев. В конце концов грань между мелкими оперенными динозаврами и ранними птицами попросту исчезла. И сегодня ученые говорят, что птицы не просто произошли от динозавров — они и есть самые настоящие динозавры из группы теропод (к ней принадлежит и знаменитый тираннозавр). Так что каждый из нас может покормить динозавра.

Трудные вопросы

Систематика всех современных организмов основана на генетическом родстве. Но как быть палеонтологам? Даже в идеальных (и потому крайне редких) условиях ДНК в ископаемых остатках сохраняется не дольше миллиона лет. Систематика древних организмов по-прежнему основана на их форме, и согласование ее с систематикой современных существ — большая проблема.

Столь же нелегко совместить результаты анализа ДНК с системой Линнея. Кладистика, начинавшаяся как попытка ее уточнить, теперь угрожает ее существованию.

На эволюционном древе гораздо больше развилок, чем в системе Линнея. По-честному, для каждой нужно вводить в систематику отдельный ранг. На это, конечно, никто не решается, но вспомогательные категории множатся как раковые клетки. Так, с линнеевским рангом «отряд» на сегодня связаны четыре более высоких дополнительных ранга (магнотряд, надотряд, грандотряд и миротряд) и три более низких (подотряд, инфраотряд и парвотряд). И такие разрастания можно видеть вокруг всех традиционных рангов.

Мало того, кладистика просто развалила многие традиционные группы. Так, линнеевский класс рыб объединял карасей с миксинами, хотя карась даже человеку более близкий родственник, чем миксина. Теперь миксин выделяют в отдельный класс, и таких примеров много.

Ученым еще предстоит понять, как им лучше классифицировать живых существ в свете новых знаний.