Філогенез

Філогенезом називають історію походження якоїсь групи організмів. Дослідник філогенезу повинен простежити еволюційний шлях групи, визначити її предка і вказати найближчих родичів серед сучасних видів.

Так як процес філогенезу триває десятки і сотні мільйонів років, його не можна спостерігати. Його доводиться відновлювати, реконструювати непрямим шляхом. Для цього з часів Е. Геккеля вчені користуються поєднанням трьох методів: порівняльної морфології, ембріології і палеонтології (метод потрійного паралелізму, або тріада Геккеля).

Порівняльно-морфологічним методом встановлюють вигляд предка досліджуваної групи і її родинні зв`язки, знаходячи гомології в структурах, що нині живуть. Який-небудь орган одного виду вважається гомологічним органу іншого лише в тому випадку, якщо вони займають в організмах відносно близьке положення і подібні багатьма властивостями, хоча і можуть виконувати різні функції. У таких випадках з більшою часткою ймовірності ми можемо вважати, що вони ведуть початок від єдиного органу предка. Наприклад, наші зуби гомологични колючим лусці акул - вони мають емалеву поверхню, тіло з дентину і канал з кровоносними судинами і гілкою нерва. У деяких акул можна на краях щелеп простежити поступовий перехід від зуба до луски. А ось спинний і хвостовий плавці дельфіна і акули, незважаючи на схожість, гомологични. Це приклад аналогії.

Гомології зараз вже простежують і на молекулярному рівні. Гомологични не тільки біохімічні процеси організмів, значно віддалених один від одного, а й послідовності амінокислот в білках і нуклеотидів в нуклеїнових кислотах - РНК і ДНК.

Кашалот (Physeter macrocephalus)

Справа в тому, що, за даними генетики, досить довга аминокислотная послідовних, то примітивних хижаків. Правда, були вказівки на те, що за структурою хромосом і по гемоглобіну кити близькі до жуйних. Остаточну відповідь дала ДНК. Виявилося, що гомології в ДНК вусатого кита-Сейвал з ДНК кашалота стільки ж, скільки їх в ДНК людини і гібон - представників різних сімейств одного загону приматів. Гомологія ДНК кашалота і корови вдвічі вище гомології ДНК кашалота і ведмедя. Значить, кити - єдине угруповання, яка виникла від спільних предків парно- і непарнокопитних вже після того, як від спільного кореня відгалузилися хижаки. Філогенетики вели довгі суперечки про загін китоподібних. Чи пов`язані родинними зв`язками вусаті (беззубі) та зубаті кити (дельфіни, кашалоти), або ж їх схожість аналогічно, обумовлено подібним способом життя, а не спорідненістю?

Встановлення молекулярних гомології особливо цінно для філогенетики мікроорганізмів, у яких морфологічних ознак мало, а ті, які є, часто виникають конвергентно. Саме так була побудована перша природна система мікроорганізмів. Більш того, виявлені подібні послідовності в ДНК людини і бактерій, що свідчить про те, що все життя на Землі монофілетічна, т. Е. Має один спільний корінь і виникла на нашій планеті тільки один раз. У бактерій кишкової палички немає органів людини, за якими їх можна було б порівнювати, немає навіть ядра. Але зате і у палички і у людини є рибосомні і транспортні РНК, які кодуються відповідними генами, а це вже досить для встановлення спорідненості.

Філогенетики допомагають і дані ембріології. Відома консервативність ранніх стадій розвитку організму. Наприклад, ембріон коня має спочатку трипалі кінцівки, але зростає лише середній, третій палець, а бічні перетворюються в рудименти - "грифельки". На цій стадії розвитку кінський ембріон має трипалі кінцівки, як у тапира або як у вимерлої більш примітивною, ніж сучасні, коні (зрідка розвинені бічні пальці зберігаються у коня і в дорослому стані). За таких даних створюється уявлення про будову кінцівки предка і встановлюються родинні зв`язки між кіньми, з одного боку, і тапіра і носорогами, з іншого. Гомології в розвитку цінні для філогенетиків, тому що кінцеві стадії у дорослих організмів можуть сильно відрізнятися.

Третя група даних, використовуваних в філогенетики, - свідоцтва палеонтології. Великим успіхом вважається виявлення відсутньої ланки, що зв`язує наші сучасники форми. Вивчення викопних решток дозволяє встановити важливі закономірності філогенезу. Добре простежується, наприклад, явище мозаїчної еволюції. Суть її в тому, що різні органи змінюються в ході еволюції з різною швидкістю і відсутні ланки часто представляють химерну суміш ознак. Наприклад, наші давні предки - австралопітеки мали цілком людські тазові кістки (а значить, ходили на двох ногах), але мозок у них був трохи більше мавпячого. Археоптерикс - крилата перехідна форма між плазунами і птахами - мав зубаті щелепи, довгий хвіст з багатьох хребців, був як би ящіркою, але вже покритої пташиними перами. В процесі філогенезу відстають у розвитку ознаки як би підтягуються до забігає вперед і будова стає більш гармонійним.

Якщо дані порівняльної морфології, ембріології і палеонтології узгоджуються один з одним, то філогенез вважається встановленим з високою точністю.

Археоптерикс (Archaeopteryx). Малюнок Peter Montgomery

Що це не так, можна судити за потомством древу тих же хоботних: філогенез в цьому загоні йшов за різними напрямками, і лише деякі форми дожили або майже дожили, як мамонт, до наших днів.

Іноді схему філогенезу доводиться перебудовувати: палеонтологічна знахідка, яка раніше вважалась проміжною ланкою, виявляється представником бічної, сліпо закінчується гілки. Зараз описано трохи більше 130 тис. Видів викопних тварин і рослин, що становить близько 3% всіх нині живучих видів. У той же час вважають, що із загального числа що жили на Землі видів зараз існує не більше 1-2%. Це означає, що палеонтологи виявили менше однієї тисячної частки всіх видів, що жили на Землі. Часто в філетіческіх рядах і родоводів древах замість реальних предків доводиться підставляти їх гіпотетичну реконструкцію.

Проте, загальну схему філогенезу великих систематичних одиниць часто вдається встановити. Спочатку у якого-небудь виду предковой групи з`являється ознака, що дозволяє потрапити в нову приспособительную, адаптивну зону (вихід древніх кистеперих риб на береги водойм і перетворення їх в земноводних, повернення таких груп, як іхтіозаври, пінгвіни, китоподібні, в океан, вихід багатопалості предків коней з боліт, чагарників і лісів в степу і т. д.). Вже в новій зоні починається розбіжність нащадків вихідного виду по екологічних нішах - "професіями" виду, часто вельми вузьким. Гепард, наприклад, найшвидший бігун серед котячих, полює тільки на дрібних антилоп - газелей. Чим ширший зона, чим більше в ній може поміститися екологічних ніш, тим ширше йде видоутворення в новій групі. Однак в кожному окремому випадку доводиться розгадувати елементи цієї схеми, і філогенетики належить ще багато роботи в майбутньому.

Джерело: Енциклопедичний словник юного біолога. Укладач Аспиз М. Е. Видавництво "Педагогіка", Москва, 1985