Дерево эволюции видов. Эволюционное древо животных

Дерево Жизни:

Сам факт существования Дерева Жизни оброс различными домыслами: одни считают, что дерево живое, другие - что неживое. В отдаленных уголках интернета даже распространена версия, что дерево растет в Индии, а формы животных возникли на нем чудодейственным образом без участия человека. Чтобы прояснить все вопросы, обратимся к Диснеевскому пресс-релизу:

Дерево Жизни, призванное олицетворять взаимосвязь всего живого на планете - результат труда более 12-ти мастеров, создавших 325 резных фигур животных. Дерево целиком искусственное. Поддерживающая дерево стальная структура была разработана по тому же принципу, который применяется при строительстве нефтяных буровых установок в море. "Самой трудной частью работы в создании фигур было нахождение баланса между формой животного и формой дерева" - говорит Жолт Хормэй, главный скульптор и дизайнер из Будапешта, чья команда включала трех индейских мастеров, мастеров из Франции, Ирландии, Индианаполиса и Центральной Флориды. Чтобы добиться эффекта плавного перетекания одной фигуры в другую, внешняя часть ствола, из которой делались фигуры, обрабатывалась за пределами парка. Далее весь ствол был разделен на 10 огромных сегментов и переправлен на строительную площадку перед парком. Там сегменты были объединены в пары и транспортированы краном к нынешнему месту нахождения дерева, где все части воссоединились в одно целое как паззл.

Строительство Дерева Жизни:

Секрет иллюзии "деревянности" ствола и коры - в талантливой окраске внешней части дерева с применением множества оттенков коричнего и зеленого цветов. Каждый листик прикреплялся к веткам вручную, в итоге было прикреплено более 103 тысячи листиков разных оттенков, а также четырех форм и размеров.
В общей сложности работа над деревом заняла более 18 месяцев, и потребовалась команда из тысячи человек, чтобы закончить обработку внешней части дерева.

Гуляя по тропе вокруг сплетений корней дерева посетители могут обнаружить вход внутрь массивного ствола и открыть для себя 430-местный 3D-кинотеатр. Вход между корней можно увидеть, посмотрев видео-экскурсию вокруг Дерева Жизни:

"Дерево Жизни является технологическим чудом, но в то же время оно символ красоты, разнообразия и великолепия животного мира на земле", - говорит Джо Род, вице-президент отдела моделирования и главный проектировщик парка. - "Мы хотим, чтобы посмотрев на него, вы испытали удивление и благоговение и в дальнейшем переносили это чувство на реальный мир животных".

Ночной вид Дерева Жизни:

Новое уточненное эволюционное древо животного царства, основанное на анализе рекордного числа генов и типов животных, позволило разрешить многие спорные вопросы эволюции и систематики. Подтвердилась теория, согласно которой разделение на первичноротых и вторичноротых произошло еще до того, как у животных сформировался цело м (вторичная полость тела). Первичноротые подразделяются на две четкие эволюционные линии: Lophotrochozoa (плоские и кольчатые черви, моллюски, брахиоподы, немертины) и Ecdysozoa (круглые и головохоботные черви, членистоногие, онихофоры, тихоходки).

Вплоть до последней четверти XX века биологи реконструировали эволюционную историю животных преимущественно на основе данных сравнительной анатомии, эмбриологии и палеонтологии. Затем к этому списку добавились молекулярные данные, самыми важными из которых являются нуклеотидные последовательности ДНК. Эволюционные реконструкции («деревья»), основанные на молекулярных данных, не всегда совпадали со старыми «классическими» деревьями. Это приводило к бурным спорам среди зоологов.

Поначалу многие придерживались мнения, что старые проверенные методы надежнее новомодных молекулярных. Но постепенно чаша весов склонилась в другую сторону, и сегодня большинство специалистов считает, что молекулярные данные в принципе позволяют гораздо более точно реконструировать пути эволюции животных, чем морфологические и эмбриологические признаки. В России, правда, до сих пор многие не согласны с этим, но на Западе таких «ретроградов», не доверяющих молекулярным реконструкциям, осталось очень мало.

Молекулярные «признаки» (последовательности нуклеотидов) имеют два важных преимущества по сравнению с морфологическими. Во-первых, их просто гораздо больше. Фактически каждый нуклеотид в хромосоме можно рассматривать как отдельный признак - и таким образом получать деревья, основанные на многих сотнях и тысячах признаков, тогда как число морфологических признаков, пригодных для филогенетического (эволюционного) анализа, обычно ограничивается несколькими десятками. Во-вторых, большинство морфологических признаков непосредственно влияют на жизнеспособность организма, тогда как замены многих нуклеотидов являются нейтральными (безразличными). Морфологическое сходство не обязательно свидетельствует о родстве - оно может развиться и у неродственных организмов под воздействием естественного отбора в сходных условиях обитания (это явление называют конвергенцией). Конвергентное возникновение сходных нуклеотидных последовательностей гораздо менее вероятно.

Проблема, однако, состоит в том, что достоверность любых эволюционных реконструкций, в том числе молекулярных, очень сильно зависит от объема и полноты исходных данных.

Главным критерием достоверности молекулярных деревьев считается их устойчивость или повторяемость. Существует несколько разных алгоритмов построения дерева на основе одного и того же массива исходных данных (например, нуклеотидных последовательностей какого-нибудь гена у нескольких разных организмов). Если применение разных алгоритмов дает одинаковый результат, это свидетельствует о его надежности. Разработаны также специальные процедуры для оценки достоверности «узлов» (точек ветвления) получающихся деревьев (см.: bootstrapping).

Первые молекулярные деревья животного царства, основанные на единичных генах и очень небольшом количестве видов, отличались низкой устойчивостью, и потому вызывали мало доверия. Очень скоро стало ясно, что чем больше генов и групп животных вовлечено в анализ, тем устойчивее и надежнее становятся результаты. Ученые, разумеется, стали изо всех сил наращивать объем используемых данных. Постепенно стала вырисовываться картина, довольно сильно отличающаяся от «классической», основанной на морфологии и эмбриологии.

Важнейшее из выявленных отличий касалось родственных отношений между основными типами двусторонне-симметричных животных (билатерий). Согласно классическим представлениям, все билатерии, имеющие целом (вторичную полость тела), происходят от общего предка и противопоставляются «доцеломическим» билатериям, таким как плоские и круглые черви. Целоматы подразделяются на первичноротых (кольчатые черви, моллюски, членистоногие и др.) и вторичноротых (хордовые, полухордовые, иглокожие). Кольчатые черви считались предками членистоногих.

Молекулярные данные, напротив, показывали, что разделение на две линии, соответствующие первично- и вторичноротым, произошло раньше, еще до того, как у билатерий появился цело м. Из этого следовало, что цело м, который специалисты по сравнительной анатомии считали надежнейшим таксономическим признаком (основой для естественной классификации), в действительности развился независимо у первичноротых и вторичноротых. Не имеющие целома круглые черви, согласно молекулярным данным, оказались близкими родственниками членистоногих (их объединили в группу «линяющих» - Ecdysozoa), а плоские черви - родней моллюсков, а также кольчатых червей, родство которых с членистоногими молекулярные данные никак не хотели подтверждать. Плоских червей (не имеющих целома), а также имеющих цело м моллюсков, кольчатых червей и ряд других типов объединили в группу Lophotrochozoa.

Все эти выводы, однако, до самого последнего времени нельзя было признать окончательными. Молекулярные деревья оставались неустойчивыми. Некоторые из них как будто подтверждали «старую» версию эволюции животных, в которой целом появился лишь однажды (эта версия получила название «целоматной теории»). Чтобы разрешить это противоречие, исследователи постепенно наращивали объем и представительность используемых молекулярных данных в надежде, что получаемые деревья в конце концов обретут устойчивость.

Группа ученых из США, Дании, Германии и Великобритании опубликовала в последнем номере журнала Nature новейший вариант молекулярного эволюционного древа животных, основанный на рекордном количестве генов (150) и групп животных. В анализе использовано 77 видов, относящихся к 21 типу животных, причем для 11 из этих типов геномные данные до сих пор отсутствовали. Многие части (узлы) получившегося дерева действительно оказались значительно более устойчивыми, чем в более ранних исследованиях такого рода.

Полученные результаты убедительно свидетельствуют против классической «целоматной теории». Самыми «примитивными» из включенных в анализ групп оказались гребневики. Билатерии сначала подразделяются на линии первично- и вторичноротых, и только потом в каждой из этих линий независимо формируется цело м. Первичноротые подразделяются на Lophotrochozoa и Ecdysozoa. Ближайшими родственниками членистоногих оказались онихофоры и тихоходки (что соответствует классическим представлениям), а также круглые черви (что совершенно не соответствует оным). Ближайшими родственниками кольчатых червей оказались не членистоногие, как считалось ранее, а брахиоподы и немертины.

Многое прояснилось, однако родственные связи некоторых групп так и остались неопределенными (их положение на новом древе оказалось неустойчивым). Эти группы не показаны на приведенном рисунке (за исключением губок). Причины неустойчивости авторы видят в том, что для одних групп они не сумели собрать достаточное количество молекулярных данных (губки, бескишечные турбеллярии, мизостомиды), а другие были представлены недостаточным количеством видов (мшанки, коловратки). Кроме того, авторы не смогли включить в анализ трихоплакса, который, судя по результатам анализа митохондриальной ДНК, является самым примитивным из современных животных.

Огромное достижение теории антропогенеза – знание времени появления первой человеческой популяции – 2,5 миллиона лет тому назад. Это произошло в обширных районах Африки: в Южной Африке, в Кении, Танзании, Эфиопии.

Вообще, сейчас существует такое выражение у специалистов по антропогенезу: все «out of Africa» ‒ «все из Африки». Что ни возьми, каждая новая стадия появилась в Африке: и человекообразные обезьяны, и хомо хабилис, и хомо эргастер.

Долгое время ученые считали, что эволюция человека была более-менее линейной: одна форма сменяла другую, и каждая новая была прогрессивнее, ближе к современному человеку, чем предыдущая. Сейчас ясно, что все было гораздо сложнее. Эволюционное древо гоминид оказалось весьма разветвленным. Временные интервалы существования многих видов сильно перекрываются. Иногда несколько разных видов гоминид, находящихся на разных «уровнях» близости к человеку, сосуществовали одновременно. Например, еще в сравнительно недавнем прошлом – всего-навсего 50 тысяч лет назад – на Земле существовало как минимум целых 4 вида гоминид: Homo sapiens, Homo neandertalensis, Homo erectus и Homo floresiensis.

Последние палеонтологические открытия свидетельствуют о том, что на протяжении всей человеческой эволюции, во все ее периоды, от времен жизни нашего общего с приматами предка и до самых поздних времен, в каждую отдельную эпоху одновременно сосуществовали как минимум два-три очень разных вида и даже разных семейства гоминидов («куст»), и проводить прямую линию через кого-то из них к человеку пока еще рано: неизвестно, через какие точки ее проводить.

Нельзя воображать себе эволюцию как ствол, неукротимо тянущийся к некой вершине. Эволюция больше похожа на гигантский кустарник.

В настоящее время картина развития вида Homo Sapiens развертывается на основе палеонтологических данных с применением современных молекулярно-генетических методов. Тщательный анализ показывает, что несколько десятков тысяч лет назад численность исходной популяции Homo Sapiens была не более 5000 размножающихся пар. Затем, по-видимому, эта популяция разделилась на несколько групп, причем, каждая из вновь образованных популяций в свое время проходила через так называемой « бутылочное горлышко» – период исключительно малой численности, когда число размножающихся пар могло насчитывать всего несколько десятков.

Биологическая эволюция современного человечества

Долгое время предполагалось, что эволюция человека биологически остановилась, дальше она не идет, и человечество дальше эволюционирует только в историческом плане. Теперь обнаружилось, что даже такая система, как мозг, продолжала эволюционировать, во всяком случае, в течение последнего века и, очевидно, продолжает дальше и будет продолжать эволюционировать. Причем, сделал это наш соотечественник, профессор Савельев, известный специалист по мозгу. Эволюционирует и зубная система.

Генетическая близость людей

Можно сравнить разных людей, например, аборигена Америки или Океании и человека из Европы. Кажется, что они очень разные. Анализ ДНК может дать объективную характеристику, взгляд со стороны. Если сравнить ДНК разных людей, то окажется, что они отличаются друг от друга только на одну десятую процента, то есть только каждый тысячный нуклеотид разный, а 999, в среднем, одинаковые. И более того, если посмотреть по ДНК на все генетическое разнообразие у людей, у самых разных представителей, то окажется, что этих различий гораздо меньше, чем различий между особями шимпанзе в одном и том же стаде.

Все люди – генетические братья и сестры. Такая близость и в то же время какое-то различие возможны потому, что наши ДНК содержат примерно три миллиарда нуклеотидов. Каждый тысячный составляет разницу, так что получается, что три миллиона нуклеотидов у нас разные. Правда, большинство из них, скорее всего, падает на молчащие участки ДНК, а гены у нас, в принципе, во многом одинаковые.

Царство грибов совмещает черты строения растений и животных, иначе говоря, это самостоятельное царство эукариотов – гетеротрофов.

Лишайники – симбиотические организмы, состоящие из двух компонентов: водоросль и гриб. Лишайники бывают накипные, листоватые и кустистые.

Царство растений включает низшие растения (водоросли) и высшие растения (все остальные группы).

Водоросли произошли от способных к фотосинтезу прокариотов, т.е. синезеленых водорослей (цианей). Одноклеточные эукариотические водоросли дали начало многоклеточным водорослям (бурые, красные, зеленые, золотистые). Многоклеточные водоросли дали начало псилофитам, а они, в свою очередь, мхам. Моховидные – это обособленная и тупиковая ветвь развития растения. От псилофитов произошли плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные. От первичных разноспоровых папоротниковых возникли голосеменные. Представители современных голосеменных растений; гинкго, сосна, ель, пихта, лиственница, кедр, кипарис, можжевельник, гнетум, эфедра, саговник). Наиболее современная и многочисленная группа покрытосеменных эволюционировала параллельно голосеменным от общего с ним предка семенного папоротника. Представители покрытосеменных – это двудольные и однодольные.

Эволюционное древо животных

Царство животных подразделяют на два подцарства: одноклеточные и многоклеточные.

Одноклеточные организмы (эукариоты) произошли от гетеротрофных прокариотов. В современной фауне к ним относят корненожек, жгутиковых, споровиков, инфузорий.

Дальнейшее развитие происходит от примитивных турбеллярий с образованием кольчатых червей (малощетинковые, пиявки, многощетинковые). Примитивные многощетинковые черви определяют возникновение четырех ветвей в древе животных.

Первая ветвь – моллюски (брюхоногие, двустворчатые, головоногие).

Вторая ветвь – членистоногие (ракообразные, паукообразные, насекомые).

Третья ветвь – иглокожие (морские звезды, морские ежи и голотурии, или морские огурцы).

Четвертая ветвь – хордовые, которые возникают вначале палеозоя, когда все типы беспозвоночных животных (рассмотренных выше) уже существовали. Произошли хордовые животные от общего с иглокожими вторичноротого двустороннесимметричного свободноплавающего предка.

Тип хордовых объединяет 3 крупные группы животных: подтипы бесчерепных, личиночнохордовых и черепных, или позвоночных. Подтип бесчерепные состоит из одного класса животных – головохордовых, всего их 30 видов, например, ланцетник. Подтип личиночнохордовые (или оболочники) произошли от примитивынх свободноплавающих бесчерепных, которые перешли к сидячему образу жизни. Оболочники все являются морскими организмами, среди наиболее известных – асцидии.

Высшим подтипом хордовых являются позвоночные. Среди позвоночных выделяют круглоротых (бесчелюстных) – это миноги, миксины. От примитивных круглоротых произошли рыбы, которые делятся на хрящевые, костные, кистеперые, двоякодышащие. Кистеперые рыбы дали начало земноводным, или амфибиям. Амфибии включают в себя хвостатых, бесхвостых, безногих. Например, протеи, тритоны, саламандры и сирены; жабы и лягушки; рыбозмеи и червяги. От амфибий произошли рептилии, или пресмыкающие. В современной фауне присутствуют отряды чешуйчатых (змеи, ящерицы, двуходки, хамелеоны), крокодилов, черепах и клювоголовых (гаттерии).

От неспециализированных, лазающих пресмыкающих произошли птицы. Современные птицы включают группы килевых, или летающих; плавающих, или пингвины; бескилевых, или бегающие (страусы, киви, казуары).

Предками млекопитающих являются неспециализированные палеозойские рептилии с чертами строения земноводных, или зверозубые рептилии. Первые млекопитающие дивергировали на две ветви. Первая ветвь – это первозвери (однопроходные), например, ехидна, утконос. Вторая ветвь – это сумчатые (коала, кенгуру, опоссумы), а также плацентарные (землеройки, летучие мыши, грызуны, хищные, ластоногие, парнокопытные, непарнокопытные, слоны, приматы, человек). Линия человека начинает развиваться от предковых форм насекомоядных полуобезьян.