Мария Побединцева

2, ул. Пирогова,

Новосибирск,

Россия, 630090

01.04.2015

Уважаемый мистер Дарвин,

из далекой-далекой Сибири Вам пишет будущий ученый, но пока что просто студент, в темном углу библиотеки наткнувшийся на ваш великий труд. В наше время ваши идеи, конечно, кажутся очевидными, но именно поэтому всех, кто знаком с Вашей работой, впечатляет, почему никто до Вас не мог догадаться до таких элементарных, с современной точки зрения, выводов. И так как нам уже многое рассказали из мира биологии, подозреваю, что Вам было бы интересно узнать и мое мнение. И чтобы не надоедать Вам я прокомментирую только одну главу из Вашей книги, а именно главу, посвященную взаимному родству организмов.

Ваша работа в свое время послужила сильнейшим толчком для развития систематики организмов. Определение Естественной системы как отражающей родственные связи между организмами, привнесло не практический, но научный смысл в классификацию организмов. После Вашей работы классификация организмов по степени родства стала гораздо более сложной задачей и превратилась в настоящее поле боя между учеными умами, а количество различных «Естественных систем» возросло многократно.

А теперь к сути, конечно же, после Вашей работы прошло много времени и подходы в классификации организмов существенно изменились. Самое главное, как я считаю, что Вам нужно узнать – основываясь только на морфологии, построить Естественную систему нельзя. Для того, чтобы объяснить Вам современную точку зрения, мне нужно будет провести для Вас маленький экскурс в теорию наследственности. В каждой клетке имеются множество различных органических соединений: белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты. И вот эти самые нуклеиновые кислоты, о которых Вы наверняка слышите впервые, несут собой функцию хранения и передачи наследственных признаков. Это вещество представляет собой полимер, составленный из рибозы, каждая молекула которой присоединена к такой же через остаток фосфорной кислоты. Помимо этого, к каждой молекуле сахара присоединено гетероциклическое азотсодержащее основание. Всего таких оснований четыре, аденин, тимин, цитозин и гуанин.

В 1882 году Вальтер Флеминг впервые описал хромосомы – относительно крупные плотные структуры, появляющиеся в ядрах клеток в процессе деления. Количество хромосом одинаково в клетках организмов одного вида, и чаще всего является четным (то есть в клетках у каждой определенной хромосомы есть своя «гомологичная» пара, а всего таких пар может быть от одной до сотен в зависимости от вида). В общем, каждая хромосома представляет из себя одну единственную молекулу нуклеиновой кислоты настолько крупную, что ее при определенных условиях видно под световым микроскопом. В среднем в одной хромосоме, то есть в молекуле нуклеиновой кислоты, несколько миллионов азотсодержащих оснований. Собственно, гомологичные хромосомы являются одинаковыми молекулами, то есть внутри них идентичная последовательность азотистых оснований. Разные хромосомы имеют разные последовательности из четырех оснований, например, в клетках человека 23 пары хромосом, это 23 пары совершенно разных молекул нуклеиновой кислоты. Перед делением любая клетка синтезирует копии всех хромосом. Когда клетка делится, ее дочерние клетки получают одинаковый набор хромосом, идентичный набору у материнской клетки. Для полового размножения в каждом организме образуются особые половые клетки - гаметы, они отличаются от всех остальных клеток организма тем, что в их ядрах хромосом содержится только половинный набор хромосом, то есть все хромосомы в них не являются гомологичными. При оплодотворении хромосомы от материнской и отцовской гаметы попадают в одно общее ядро зиготы, при этом у каждой материнской хромосомы есть гомолог, полученный от отца.

Какова же роль этих самых нуклеиновых кислот? А роль на самом деле очень существенная. Начнем опять же издалека. Все важнейшие функции в клетки и в организме осуществляют белки. Эти белки мы не получаем с пищей. И вообще ни одна клетки не способна поглощать чистый белок, поэтому в желудке белки расщепляются до элементарных соединений, которые поглощаются всеми клетками и уже из них каждая клетки синтезирует именно те белки, которые ей нужны. Откуда клетка знает, какие белки ей нужны? Чем отличается клетка зеленой водоросли от клеток грибов и животных? Дело в том, что информация о строении белков закодирована, словно кодом Морзе в последовательности азотистых оснований в хромосомах. Код этот практически идентичен у всех живых организмов на нашей планете. Вместе все 23 пары хромосом человека кодируют информацию о более 100 000 белков в нашем организме. Одним из самых важных свойств живых организмов является то, что они не способны в точности копировать последовательность азотистых оснований перед делением, поэтому получается, что дочерняя клетка отличается от материнской несколькими азотистыми основаниями, эти отличия называют мутациями. Поскольку гомологичные хромосомы приходят от разных родителей, не удивительно, что они никогда не бывают полностью идентичными. Однако, мы всегда можем проследить наследование хромосом от определенного родителя через несколько поколений его потомков. Теперь Вы понимаете насколько мощные у нас появились методы для восстановления родословных не только близких организмов, но и совершенно отдаленных друг от друга видов. Ведь если они родственны друг другу, то мы найдем гомологию в последовательностях азотистых оснований их хромосом. Анализ родства организмов по последовательности азотистых оснований в их хромосомах получил название молекулярной филогенетики.

Появление молекулярной филогенетики, на мой взгляд, совершило в классификации организмов переворот по своему масштабу, не уступающий тем изменениям, которые возникли после Вашей работы. Оказалось, что та стройная система, которую людям удалось построить за все время до появления молекулярной филогенетики на основании морфологии, эмбриологии организмов, оказалась в корне неверна. Например, раньше считалось, что членистоногие являются прямыми потомками многощетинковых кольчатых червей, а плоские черви – предками круглых. На самом же деле, молекулярная филогенетика сближает членистоногих с нематодами, а кольчатых червей с плоскими. В принципе, для более низких таксономических категорий ситуация точно такая же. Систематика класса Aves также сильно изменилась после применения методов молекулярной филогенетики. У основания древа этого класса отделились нелетающие птицы, потом гусино- и куринообразные. Затем появилась большая группа Neoaves – современных птиц. Здесь пришлось выделить большие группы Columbea (фламингообразные, поганкообразные, голубиные, рябкообразные, мадагаскарские пастушки) и Passerea (остальные отряды Neoaves). Видно, что в первой объединились некоторые представители аистообразных, голубеобразных и водоплавающих птиц. Молекулярная филогенетика класса птиц показывает, что морфологические признаки, казалось бы, объединяющие виды в одну группу (способность к вокальному обучению у колибри, попугаев и певчих воробьиных или способность к плаванию под водой у поганок и в другой ветви – у бакланов и гагар), возникали независимо несколько раз в классе птиц. Таким образом, классификация на основе морфологических признаков оказалась несостоятельной как Естественная система.

На самом деле, возможности молекулярной филогении не ограничиваются простым поиском родства между организмами, еще одним очень важным свойством этого подхода является способность предсказывать время расхождения предков двух организмов. Дело в том, что новые мутации возникают в хромосомах и передаются потомкам с какой-то определенной частотой, а значит, скорость накопления мутаций в хромосомах двух видов можно посчитать, и у исследователей появляется возможность оценить время расхождения этих видов.

Тот факт, что все живые организмы на Земле используют одинаковый код для переноса информации из последовательности азотистых оснований в структуру белков, является самым убедительным доказательством общности происхождения всего живого на нашей планете.

Таким образом, исследуя морфологические или какие-то другие физические признаки, необходимо быть предельно аккуратным в построении выводов об эволюционном родстве организмов. Но в современном мире нельзя предложить новую систему классификации какой-либо группы организмов, без подтверждения ее методами молекулярной филогении. Заслугу же Вашей теории это ни сколько не уменьшает.

Надеюсь, что знания нашего времени покажутся Вам занятными, и возможно сподвигнут и Вас на новый великий труд!

С наилучшими пожеланиями, Мария.