Чудеса адаптации: самые древние и приспособленные организмы

Первые классификации строились на внешнем сходстве. В одну группу попадали организмы, похожие друг на друга внешне или обладающие общими свойствами. Например, до развития зоологии и систематики, из-за поверхностного внешнего сходства и водного образа жизни, китов относили к рыбам. От правильного определения вида растений или животных зависело выживание человека. Очень важно понимать, что перед тобой: съедобное или несъедобное растение, хищник или добыча.

Современная систематика шагнула далеко вперед со времен первых попыток классификации живого мира. Внешнее сходство все ещё сохранило значение, но ученые открывают новые виды и все более детально изучают уже описанные. Благодаря развитию научных методик и открытиям в области эмбриологии, палеонтологии, эволюционной биологии развития, молекулярной биологии мы более детально понимаем родство живых организмов, их происхождение, особенности жизнедеятельности. Вспомним уроки биологии и древо жизни: от крупных ветвей — царств — отходят ветви поменьше: типы, классы, отряды, семейства. Самые «мелкие» таксономические единицы — род и вид. И каждый год классификация живых организмов совершенствуется. Из-за горизонтального переноса генов ветви некоторых деревьев пересекаются. А мега-систематика изменилась кардинально: вместо знакомых и простых ветвей «растения-грибы-животные-бактерии», теперь мы видим пышный «куст» (см. иллюстрацию). Жизнь оказалась интереснее и разнообразнее, чем мы полагали раньше. И мы все больше узнаем об особенностях разных организмов, причем на разных уровнях: вид, популяция, особь, клетки, вплоть до молекулярного.

Чтобы объяснить, как возникло известное нам биоразнообразие, важно понимать механизмы и законы, по которым оно менялось и развивалось во времени. В XIX веке Чарльз Дарвин сформулировал теорию эволюции, в которой описал механизмы. Так как ресурсы ограничены, возникает борьба за существование, и, как правило, выживает не все потомство, а наиболее приспособленные особи. И именно их признаки передаются по наследству потомкам. Так работает естественный отбор — выживает наиболее приспособленный.

Современная эволюционная биология, помимо «классической» теории эволюции Дарвина, опирается на данные генетики, эпигенетики, молекулярной биологии, палеонтологии, EvoDevo и ряда других научных дисциплин. Но приспособленность, представление о которой дополняется актуальными научными данными, остается одним из ключевых понятий.

Для разных групп организмов отличается спектр условий, в которых они обитают. И различают:

Хороший пример эврибионта — серая крыса. Этот вид распространен практически по всему Земному шару. Крысы могут приспособиться к разным условиям, местообитаниям, могут питаться самой разной пищей, они быстро размножаются. А вот «узкий специалист», например, коала: этот вид занимает более ограниченную экологическую нишу — условия существования, соответственно, и ареал у этих животных не такой большой, как у крыс. Коалы питаются листьями эвкалипта. С одной стороны, у них нет конкуренции, потому что другие животные не питаются эвкалиптом. С другой, они зависят от этого растения. Если условия резко изменятся и деревья погибнут, то коалы тоже будут под угрозой исчезновения, так как они не смогут быстро переключиться на другую пищу.

В процессе эволюции появляются и передаются по наследству признаки, которые повышают шансы на выживание. Например, такой признак как покровительственная окраска, которая делает организм незаметным. Она защищает, например, кузнечиков и гусениц бабочек, которых сложно заметить на фоне зеленой растительности. Или, наоборот, делает незаметным хищника, помогая ему добывать пропитание. Белый медведь «сливается» со снегом, гепард — с травами саванны. Причем, при разных условиях полезными будут разные признаки: на крайнем севере это может быть более густая шерсть, короткие уши и короткие лапы, а вот в пустынях — длинные уши и способность экономно расходовать влагу.

Способность к выживанию некоторых организмов поражает. Они остаются невредимыми в некоторых кислотах, выдерживают сильный нагрев и охлаждение. Так, ракета SpaceX недавно доставила на МКС 5 тысяч тихоходок, которые примут участие в исследованиях адаптации микроорганизмов к условиям космоса. Тихоходки — микроскопические беспозвоночные (средний размер — 0,5 мм, максимальный до 1,5 мм), их название в переводе с немецкого означает «водяной медведь». Их коренастое тело разделено на четыре сегмента, несет четыре пары толстых конечностей с коготками на конце. На округлой голове находятся простые органы зрения и ротовой аппарат в виде трубки со стилетами внутри. И это одно из самых выносливых животных на планете. В неблагоприятных условиях тихоходки способны впадать в анабиоз, переносить экстремальные температуры. Они устойчивы к химическому загрязнению, повышенному уровню ультрафиолета и радиации, могут переносить высокое давление и даже условия открытого космоса. Такие организмы называют экстремофилами.

Условия на планете постоянно меняются — климат, состав атмосферы и морских вод и т.д. Также изменяются живые организмы. Полезные признаки, способствующие выживанию, сохраняются и передаются по наследству в популяции, потому что их носители оставляют самое жизнеспособное потомство.

Но существует и такое понятие как «живые ископаемые». Это представители групп, которые были разнообразны в прошлом, но в настоящее время представлены небольшим количеством видов — эдакие реликты. Эти группы организмов находятся в эволюционном стазисе и могут миллионы лет сохранять «консервативные» (или плезиоморфные) черты строения. Например, живыми ископаемыми часто называют мечехвостов. Их скелеты встречаются в породах палеозойской эры, а самые древние находки известны из пород возрастом примерно 445 млн лет. Конечно, современный мечехвост и его древний родственник — это не одно и тоже. Но в целом их строение довольно «консервативно» и не так сильно изменилось за сотни миллионов лет. Если мы посмотрим на темпы эволюции других организмов, например, китообразных — то увидим, как сильно отличаются предки — небольшие, размером с волка, хищные животные, и их потомки — современные киты. Причем и по морфологии, и по образу жизни. И такие колоссальные изменения произошли примерно за 50 млн лет.

Секвойи. Гигантские хвойные растения были широко распространены еще во времена динозавров. Но в мезозое разнообразие и распространение этих растений было намного шире. Современные же секвойи встречаются на небольшой территории в Северной Америке. Также секвойи выращивают как домашнее растение (в таком случае, они хоть и могут достигать крупных размеров, но никогда не вырастают настолько гигантскими, как в диких условиях).

Древовидные папоротники. Появились еще в девонском периоде. В палеозое образовывали целые леса. Сейчас встречаются только в тропиках.

Гинкго. Представители этой группы растений также были разнообразны и многочисленны в мезозое. В настоящее время представлены только одним видом, а в дикой природе растут только в Азии.

Гаттерии. Пресмыкающиеся, хотя внешне очень похожи на ящериц, но относятся к отдельной группе — клювоголовых, из этого отряда в настоящее время известно не более двух современных видов, обитающих в Новой Зеландии. Но в мезозое клювоголовые были многочисленнее, причем, они обитали не только на суше, но и смогли покорить моря.

Наутилусы. Головоногие моллюски, тела которых заключены в полосатые спирально закрученные раковины с камерами. Наутилусы были многочисленны и разнообразны в морях юрского периода. В настоящее время известно два современных рода, представители которого обитают на глубине 100 м и более.

Латимерии. Лопастеперая рыба с интересной судьбой. Латимерии сначала были описаны палеонтологами: долгое время считалось, что это вымершая группа, но в начале прошлого века был описан современный вид. Эта группа рыб с мясистыми передними плавниками появилась много миллионов лет назад и была родственником первых позвоночных (тетрапод), покоривших сушу.

Человек как вид возник сравнительно недавно. Поэтому пока рано судить о том, насколько длительной будет наша эволюционная история. Люди сами стали «геологической силой», то есть имеют возможность влиять на климат, почвы, морские воды и на экосистему в целом. Человек может даже самые неблагоприятные условия, будь то крайний север или пустыни, сделать доступными для жизни за счет развития технологий и культуры.

Назвать человека приспособленным к каким-то суровым условиям с точки зрения анатомии нельзя — у нас нет ни когтей, ни зубов, не специальной защиты. Если голого неподготовленного человека оставить в саванне, он с большой вероятностью погибнет. Но наше преимущество в социальности. Мы строим поселения и добываем пищу, развиваем культуру и технологии, которые позволяют нам успешно выживать. В качестве доказательства можно изучить кривую роста численности населения Земли за последние десятилетия.

Материал подготовлен совместно с образовательной платформой Skillbox