ЭтикетПриродаПсихологияИменаСтихиЗагадкиЁжефоткиЕщё ▾
РассказыБессмыслицыХозяюшкаЗдоровье

Филогенез

 ← Поделиться

Филогенезом (от греческих слов phylon — племя, род и genesis — происхождение) называют историю происхождения какой-нибудь группы организмов. Исследователь филогенеза должен проследить эволюционный путь группы, определить ее предка и указать ближайших родственников среди современных видов. Так как процесс филогенеза длится десятки и сотни миллионов лет, его нельзя наблюдать. Его приходится восстанавливать, реконструировать косвенным путем. Для этого со времен Э. Геккеля ученые пользуются сочетанием трех методов: сравнительной морфологии, эмбриологии и палеонтологии (метод тройного параллелизма, или триада Геккеля).

Сравнительно-морфологическим методом устанавливают облик предка изучаемой группы и ее родственные связи, находя гомологии в структурах ныне живущих видов. Какой-либо орган одного вида считается гомологичным органу другого лишь в том случае, если они занимают в организмах относительно близкое положение и сходны многими свойствами, хотя и могут выполнять разные функции. В таких случаях с большей долей вероятности мы можем полагать, что они ведут начало от единого органа предка. Например, наши зубы гомологичны колючей чешуе акул — они имеют эмалевую поверхность, тело из дентина и канал с кровеносными сосудами и веткой нерва. У некоторых акул можно на краях челюстей проследить постепенный переход от зуба к чешуе. А вот спинной и хвостовой плавники дельфина и акулы, несмотря на сходство, не гомологичны. Это пример аналогии.

Гомологии сейчас уже прослеживают и на молекулярном уровне. Гомологичны не только биохимические процессы организмов, значительно удаленных друг от друга, но и последовательности аминокислот в белках и нуклеотидов в нуклеиновых кислотах РНК и ДНК.

Дело в том, что, по данным генетики, достаточно длинная аминокислотная последовательность в белке и нуклеотидная последовательность в ДНК и РНК в процессе эволюции может возникнуть только один раз (случайное повторение тех же мутаций невероятно), на этом уровне исключена конвергенция и молекулярное сходство всегда гомологично, а не аналогично. Вот примеры решения нескольких филогенетических проблем на молекулярном уровне. До недавнего времени загадкой было происхождение трубкозуба — своеобразного южноафриканского млекопитающего, выделенного в отдельный отряд. Родственников трубкозуба, ни ныне живущих, ни ископаемых, найти не удавалось. Недавно был исследован белок хрусталика глаза трубкозуба — кристаллин. Оказалось, что он гомологичен кристаллину слона, даманов — небольших африканских животных, похожих на грызунов, и морских коров (дюгоней, ламантинов). Родство последних трех групп зоологи-филогенетики установили ранее, теперь к ним прибавился четвертый родственник — трубкозуб, внешне совершенно не похожий ни на дамана, ни на дюгоня, ни тем более на слона.

Филогенетики вели долгие споры об отряде китообразных. Связаны ли родством усатые (беззубые) и зубатые киты (дельфины, кашалоты), или же их сходство аналогично, обусловлено сходным образом жизни, а не родством? Предками китов считали то насекомоядных, то примитивных хищников. Правда, были указания на то, что по структуре хромосом и по гемоглобинам киты близки к жвачным. Окончательный ответ дала ДНК. Оказалось, что гомологии в ДНК усатого кита-сейвала с ДНК кашалота столько же, сколько их в ДНК человека и гиббона — представителей разных семейств одного отряда приматов. Гомология ДНК кашалота и коровы вдвое выше гомологии ДНК кашалота и медведя. Значит, киты — единая группировка, которая возникла от общих предков парно- и непарнокопытных уже после того, как от общего корня ответвились хищники.

Установление молекулярных гомологии особенно ценно для филогенетики микроорганизмов, у которых морфологических признаков мало, а те, которые есть, часто возникают конвергентно. Именно так была построена первая естественная система микроорганизмов (см. Родословное древо). Более того, обнаружены сходные последовательности в ДНК человека и бактерий, что свидетельствует о том, что вся жизнь на Земле монофилетична, т. е. имеет один общий корень и возникла на нашей планете только один раз. У бактерий кишечной палочки нет органов человека, по которым их можно было бы сравнивать, нет даже ядра. Но зато и у палочки и у человека есть рибосомные и транспортные РНК, кодируемые соответствующими генами, а это уже достаточно для установления родства.

Филогенетикам помогают и данные эмбриологии. Известна консервативность ранних стадий развития организма (см. Биогенетический закон). Например, эмбрион лошади имеет сначала трехпалые конечности, но растет лишь средний, третий палец, а боковые превращаются в рудименты — «грифельки». На этой стадии развития лошадиный эмбрион имеет трехпалые конечности, как у тапира или как у вымершей более примитивной, чем современные, лошади (изредка развитые боковые пальцы сохраняются у лошади и во взрослом состоянии). По таким данным создается представление о строении конечности предка и устанавливаются родственные связи между лошадьми, с одной стороны, и тапирами и носорогами, с другой. Гомологии в развитии ценны для филогенетиков, потому что конечные стадии у взрослых организмов могут сильно различаться.

Третья группа данных, используемых в филогенетике, — свидетельства палеонтологии. Большой удачей считается обнаружение недостающего звена, связывающего ныне живущие формы. Изучение ископаемых остатков (см. Ископаемые животные и растения) позволяет установить важные закономерности филогенеза. Хорошо прослеживается, например, явление мозаичной эволюции. Суть ее в том, что разные органы изменяются в ходе эволюции с разной скоростью и недостающие звенья часто представляют причудливую смесь признаков. Например, наши древние предки — австралопитеки имели вполне человеческие тазовые кости (а значит, ходили на двух ногах), но мозг у них был немногим больше обезьяньего. Археоптерикс — крылатая переходная форма между пресмыкающимися и птицами — имел зубатые челюсти, длинный хвост из многих позвонков, был как бы ящерицей, но уже покрытой птичьими перьями. В процессе филогенеза отстающие в развитии признаки как бы подтягиваются к забегающим вперед и строение становится более гармоничным.

Если данные сравнительной морфологии, эмбриологии и палеонтологии согласуются друг с другом, то филогенез считается установленным с высокой точностью.

Пути филогенеза часто изображают в виде родословного древа или же так называемых филетических рядов. Пример такого ряда для хоботных (слонов) показан на рисунке. В построении таких рядов кроется известная опасность — эволюция кажется целеустремленной, прямолинейной.

В эволюции отряда хоботных можно подметить определенную тенденцию.В эволюции отряда хоботных можно подметить определенную тенденцию. От эоценового меритерия (1) через олигоценовую фаюмию (2), миоценового гомотерия (3) и тетралофодона(4) к плиоценовому стегодону (5) и современному слону (6) наблюдается увеличение размеров, усложнение зубов, превращение резцов в бивни и развитие хобота из сросшихся носа и верхней губы. Можно подумать, что слоны эволюционировали прямолинейно, по заданному плану. Но это не так, что видно из родословного древа слонов.
Один из вариантов родословного древа хоботных (слонов и мастодонтов).Один из вариантов родословного древа хоботных (слонов и мастодонтов). Из него видно, что эволюция слонов шла не прямолинейно. Параллельно развивались разные линии, нередко вымиравшие, не оставив потомства. Тетралофодон и стегодон — не прямые предки современных слонов. Ряд эволюции хоботных, показанный на предыдущем рисунке, собран из представителей разных эволюционных линий и имеет только сравнительно-анатомическое значение.
↑ Наверх