Глава девятая. Популяционно-видовой уровень организации

«Самые прекрасные виды обладают лишь той красотой, которой мы их наделяем», сказал французский писатель Оноре де Бальзак. И правильно сказал, потому что все так и есть. Одними биологическими видами мы традиционно восхищаемся, а другие вызывают у нас отвращение. Пантеру или кошку мы считаем красивыми, грациозными, изящными, а вот крыса какая-то не такая, верно? А ведь если вдуматься и вглядеться, то между кошкой и крысой разницы мало. И та, и другая – хвостатые четвероногие животные, покрытые шерстью, разве что кошка покрупнее, но ведь любят не за размер, а за душевные качества…

Впрочем, давайте оставим лирику в покое и вернемся к нашей драгоценной биологии, науке наук и основе основ. В этой главе речь пойдет о биологических видах и популяциях, на которые подразделяются эти виды по местам своего обитания.

Биологический вид – это основная структурная единица биологической систематики живых организмов. Все живое на планете разбито на виды. Мы с вами относимся к биологическому виду Человек разумный (Homo sapiens) из рода Люди (Homo), который входит в семейство гоминид из отряда приматов класса млекопитающих.

Понятие вида – это фундамент на котором стоит наука биология.

Вид объединяет особей, имеющих общее строение, а также общие физиологические, биохимические и поведенческие признаки, способных к взаимному скрещиванию и дающих плодовитое потомство, распространенных в пределах определенного ареала и сходно изменяющихся под влиянием факторов внешней среды.

То же самое можно сказать иначе: «Вид – это группа особей, обладающих схожими морфологическими, физиологическими, биохимическими, генетическими, географическими и экологическими критериями».

Давайте разберемся с критериями вида при помощи которых один вид отличают от другого.

Морфология – это наука о форме и строении организмов. Морфологический критерий определяет внешние признаки особей, входящих в состав определенного вида.

Морфологический критерий – самый удобный из критериев. Систематика начинается с морфологии. Но одного лишь морфологического сходства недостаточно для объединения организмов в один вид.

В природе существуют так называемые виды-двойники, не имеющих заметных внешних различий, но не скрещивающиеся из-за наличия разных хромосомных наборов. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника, один из которых имеет 38 хромосом (это хорошо известный, широко распространенный вид), а другой, обитающий в Юго-восточной Азии, имеет 42 хромосомы.

Бывает и иначе – внутри одного вида могут наблюдаться существенные морфологические различия. Так, например, гадюка обыкновенная может иметь различную окраску, начиная с темно-серой и заканчивая золотисто-желтой. А как отличаются друг от друга собаки разных пород! Но при этом все собаки составляют даже не биологический вид, а только подвид (группу в пределах вида) вида Волки. Да, представьте себе, и йоркширский терьер, и колли, и сенбернар относятся к одному подвиду.

Следом за морфологическим идет физиологический критерий, определяющий сходство жизненных процессов, первым среди которых является возможность скрещивания между особями с образованием плодовитого потомства. Ключевое слово – плодовитого. Выше было сказано о том, что в ряде случаев особи разных видов (например – лошади и ослы) могут давать потомство, но это потомство плодовитым не будет.

Впрочем, из этого правила есть некоторое количество исключений в животном мире и довольно много – в растительном.

При скрещивании между некоторыми видами животных, преимущественно птиц могут образовываться плодовитые гибриды, например – гибриды желтой канарейки с венесуэльским чижом или с обычным чижом. В растительном мире примером плодовитого гибрида может служить гибрид тополя и осины названный тополем Яблокова в честь советского селекционера Александра Яблокова. Это стройное дерево с пирамидальной кроной и листьями, похожими на листья осины.

Тополь Яблокова

Но, как шутят ученые, исключения не опровергают правила, а подтверждают его. Говоря о возможности скрещивания между особями одного вида с образованием потомства, не забывайте про слово «плодовитого».

Бывает ли в природе так, что особи одного вида не могут скрещиваться?

Этот коварный вопрос любят задавать экзаменаторы. Услышав в ответ твердое и решительное «нет!», они хмурят брови и советуют хорошенько подумать…

А ведь если хорошенько подумать, то можно представить такую ситуацию, в которой скрещивания между особями одного и того же вида происходить не может. У любого растения период цветения зависит не от календаря, а от условий окружающей среды. На открытых местах, где много солнечного света, растения зацветают раньше, чем те, которые растут в тени. Разные сроки цветения – это разные сроки готовности к опылению, к скрещиванию. Между двумя близкорасположенными популяциями одуванчика – луговой и лесной, скрещивания не будет, несмотря на принадлежность к одному и тому же виду.

Можно привести иной пример – невозможность полового акта между самцом породы ньюфаундленд и самкой чихуахуа, вызванную значительной разницей в их размерах. С биологической точки зрения сперматозоиды ньюфаундленда могут оплодотворить яйцеклетку чихуахуа, но морфологическая разница препятствует скрещиванию этих пород в естественных условиях.

Самым ненадежным из критериев является биохимический. Удивительно, не так ли? Казалось бы, что критерий, определяющий состав и структуру веществ, из которых состоит организм, должен быть самым надежным. Но это только кажется, а на самом деле внутри видов существует довольно выраженная биохимическая изменчивость. Наряду с такой внутривидовой изменчивостью наблюдается много «биохимического» сходства между особями разных видов, например – сходство механизма синтеза белков и нуклеиновых кислот или же использование АТФ в качестве источника энергии.

А какой критерий считать самым надежным?

Конечно же – генетический! Каждому виду свойственен определенный набор хромосом, имеющих определенное строение. Генетический критерий также считается самой важной особенностью биологического вида, поскольку он определяет репродуктивную изоляцию – полноценное скрещивание возможно только в пределах вида (об исключениях можно не вспоминать).

Но и этот критерий не является абсолютным. Число, форма и размеры хромосом у особей одного вида могут различаться. Это происходит в результате мутаций или сбоев при делении половых клеток. Обратите внимание на то, что особь с лишней или недостающей хромосомой не выделяется в какой-то отдельный, новый вид. С другой стороны, представители разных видов число хромосом могут иметь одинаковое число схожих по строению хромосом (примером могут служить виды растений из семейства бобовых).

Если биохимический критерий самый ненадежный, то географический является наиболее расплывчатым. Суть этого критерия заключается в том, что каждый биологический вид занимает определенную территорию или акваторию. Говоря научным языком, каждый вид характеризуется определенным географическим ареалом.

Так оно и есть, но…

…огромное число видов имеет совпадающие, накладывающиеся друг на друга, или перекрывающиеся ареалы.

…существуют так называемые «виды-космополиты», обитающие на огромных пространствах (например – одуванчик лекарственный, пастушья сумка, комнатная муха, рыжий таракан, серая и черная крысы, ласка).

…существуют виды, не имеющие четких границ распространения (например – бактерии или некоторые виды лишайников).

…существуют виды, не имеющие собственного ареала, поскольку они обитают рядом с человеком (комнатная муха, рыжий таракан, домовая мышь, постельный клоп и др.).

Ареал обитания черной крысы

Ареал обитания ласки

А еще некоторые виды могут иметь «разорванный» ареал, части которого удалены друг от друга на значительное расстояние. Так, например, голубая сорока обитает в Западной Европе на Пиренейском полуострове и в Восточной Азии. А липа сердцевидная, она же – липа мелколистная, растет в Европе и Западной Сибири.

И, помимо всего сказанного, ареал вида может изменяется – расширяться или уменьшаться. Так что географический критерий носит сугубо информационный характер, не более того. Определяющим критерием его считать нельзя.

И точно так же нельзя считать определяющим экологический критерий, суть которого заключается в том, что каждый вид занимает определенную экологическую нишу, то есть способен существовать только в определенных условиях. Но при этом представители одного вида могут приспосабливаться к разным условиям и занимать совершенно разные ниши. Примером может служить сосна обыкновенная, которая растет и на болотах, и на песчаных дюнах.

Кроме того, в природе существуют виды, не имеющие строгой экологической привязанности. Это человек, а также виды, жизнедеятельность которых связана с человеком (комнатные мухи и пр.), и виды, которые находятся под опекой человека – комнатные и культурные растения, домашние и сельскохозяйственные животные.

Животным организмам также присущ поведенческий или, если выражаться по-научному – этологический критерий. Представители разных видов ведут себя по-разному. Возьмем, хотя бы птиц, которых легко можно различать по характеру издаваемых ими звуков.

Говоря о видовых критериях, нужно понимать, что ни один из критериев в отдельности не может служить для определения вида. Критерии применяются только в совокупности!

А теперь давайте познакомимся с биологическим видом, особенности которого могут взорвать мозг и перевернуть… нет – разбить вдребезги все представление о видовых критериях.

Решайте сами – дочитывать ли вам эту главу до конца или лучше сразу перейти к следующей.

Помните, что вы предупреждены о грозящей вам опасности взрыва мозга и утраты представление о видовых критериях. Решение принимаете вы и только вы несете ответственность за последствия своих действий.

Для начала вот вам цитата из широко известного классического труда Леонида Сабанеева «Рыбы России. Жизнь и ловля (уженье) наших пресноводных рыб».

«Наружность карася очень хорошо всем известна, и потому нет надобности описывать ее во всех подробностях. Карась легко отличается от всех других наших пресноводных рыб своим более или менее круглым туловищем, сильно сплющенным с боков, хотя он все-таки значительно толще леща. Слово «карась», как известно, придается иногда в нарицательном смысле – и толстого, неуклюжего человека как раз назовут этим прозвищем. Своим высоким, сжатым телом и отсутствием усов карась легко отличается от ближайшего своего родственника – карпа…».

«Карась – и взрыв мозга? – удивилось сейчас большинство читателей, ожидавших рассказа про какого-нибудь яванского носорога или, скажем, китайского пресноводного дельфина (да, представьте – есть такой вид). – Ну что такого особенного может быть в карасе? Это же самая обычная рыба!».

А знаете ли вы, что у серебряного карася при нормальном числе хромосом равном 100, встречаются популяции со 150 хромосомами?

Серебряный карась

Обратите внимание – речь идет не о отдельных ошибках природы, а о целых популяциях полностью жизнеспособных особей. в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, образовавшимся вследствие геномных мутаций.

Число одинаковых наборов хромосом, находящихся в ядре клетки, называют плоидностью. Различают гаплоидные клетки, содержащие одинарный набор непарных хромосом (к ним относятся половые клетки), диплоидные, у которых есть парный набор хромосом (это обычные или соматические клетки), а также полиплоидные, у которых гаплоидный набор повторяется несколько раз. Полиплоидией называется кратное увеличение количества хромосом в клетке. Обратите внимание на слово «кратное». + 1 хромосома – это не полиплодия, а анеуплодия (так называются изменения количества отдельных хромосом).

Полиплоидия довольно часто встречается среди растений (например – у представителей рода тополей), и гораздо реже – среди животных. У человека, как и у подавляющего большинства многоклеточных животных, бо́льшая часть клеток диплоидна, а гаплоидными являются только зрелые половые клетки. Нарушения плоидности, как анеуплоидия, так и более редкая полиплоидия, приводят к болезням или вообще прерывают внутриутробное развитие. Примером анеуплоидии у человека может служит синдром Дауна, при котором 21-ая хромосома представлена тремя копиями вместо двух.

В «нормальном» диплоидном наборе серебряного карася содержится 100 хромосом. Особи с диплоидным набором размножаются обычным для рыб способом – самки выметывают икринки (яйцеклетки) в воду, а самцы обливают их семенной жидкостью, которая содержит сперматозоидами. Диплоидные серебряные караси могут быть как самцами, так и самками, а вот триплоидные особи, имеющие в ядрах соматических клеток по 150 хромосом, всегда бывают самками, полноценными, здоровыми, способными к размножению.

Напрашивается вопрос – как размножаются серебряные караси в триплоидных популяциях, где нет самцов?

Логика подсказывает, что популяции, состоящие из одних лишь самок, обречены на вымирание. Но серебряные караси с этим категорически не согласны. Вот не согласны и все тут! Если вы сейчас подумали о бесполом размножении, то к нему серебряные караси тоже не способны.

Хороша задачка, верно? К бесполому размножению серебряные караси не способны, а самцов в триплоидных популяциях нет. Но при этом караси как-то ухитряются размножаться.

Как им это удается?

«Это же элементарно, Ватсон! – сказал бы сейчас великий сыщик Шерлок Холмс. – Если у карасей нет своих самцов, в размножении будут участвовать самцы других видов!».

Знания у Шерлока Холмса были своеобразные. В том, что могло помочь в работе, он разбирался превосходно, а всем прочим предпочитал свой мог не загружать. Но в отношении карасей он был бы совершенно прав. Да, действительно, в триплоидных популяциях серебряного карася икру, которую выметывают самки, оплодотворяют самцы других близких видов рыб – сазана, плотвы, линя, леща, карпа, вьюна, карася обыкновенного…

Но при этом (держитесь за стул или диван крепче!) будущее потомство наследует только гены серебряного карася. От отцов потомству ничего не передается.

Пожалуй, этот факт не смог бы объяснить и Шерлок Холмс, поскольку логика тут бессильна. И вообще может показаться, что автору надоело вести серьезные разговоры и он решил оторваться на всю катушку – написать какую-то прикольную бредятину. Оплодотворение икринок самцами других видов – это чушь, а то, что при этом потомству не передаются признаки отцов – чушь в квадрате.

Но на самом деле разговор у нас с вами идет серьезный. Все так и есть – икру серебряного карася могут оплодотворять «чужие» самцы, но из этой икры рождаются не гибридные карпокараси или карасесазаны, а самые обыкновенные триплоидные серебряные караси-самки. После проникновения сперматозоида чужого вида в яйцеклетку серебряного карася не происходит слияния отцовского и материнского ядер – начало новой жизни дает одно лишь материнское ядро, ядро яйцеклетки! Сперматозоид нужен яйцеклетке только для того, чтобы запустить ее деление, в чужом генетическом материале она не нуждается.

Но это еще не все карасиные чудеса. Триплоидные серебряные караси при определенных условиях могут трансформироваться в диплоидных, а вот обратное превращение маловероятно или вообще невозможно. Это удалось установить посредством изучения ДНК, содержащейся в митохондриях диплоидных и триплоидных карасей.

А еще в потомстве триплоидных серебряных карасей могут появляться тетраплоидные особи с 200-ми хромосомами, такие же жизнеспособные, как и «двуплоиды» с «триплоидами». Это вообще уже ни в какие рамки не укладывается! Если вспомнить, что говорилось выше об «обслуживании» хромосом (пример с домом, в котором живут сорок шесть семей), то совершенно непонятно – как можно жить с таким вот набором, вдвое превышающим нормальное количество. Но караси как-то справляются. Никто никогда не слышал от них жалоб по этому поводу.

С карасями мы на этом закончим и начнем плавно переходить к следующей главе.

Биологический вид называют основным этапом эволюции. Эволюция приводит к появлению новых видов. Виды изменяются в процессе эволюции. Концепция естественного отбора, основного механизма эволюции, изложена в книге Дарвинапод названием «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Всюду виды. Биологический вид является основной структурной (или – элементарной) единицей биологической систематики живых организмов. Но в определении эволюции почему-то упоминаются не виды, а популяции: «Биологической эволюцией или просто эволюцией называется естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся изменением генетического состава ПОПУЛЯЦИЙ, формированием приспособления организмов к внешним условиям, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом».

Дело в том, что у различных процессов разные структурные единицы. Биологическая систематика оперирует видами, а эволюция – популяциями. Очень важно правильно определять структурные единицы, ведь именно с них все и начинается.

Отдельно взятый организм не может являться структурной единицей эволюции, поскольку эволюционное развитие представляет собой изменение генотипов. Генотип же каждого конкретного организма на протяжении всей его жизни остается неизменным. Поэтому надо брать другую структурную единицу, такую, в которой будут изменяться генотипы, будет наблюдаться эволюционное развитие.

Биологический вид тоже не может быть принят за единицу эволюции, поскольку в большинстве случаев виды разделены на изолированные составные части – популяции, и эволюционные процессы в этих самых популяциях могут протекать по-разному, в разных направлениях, вплоть до образования других видов и родов.

Обратите особое внимание на слово «изолированные». Каждая популяция изолирована от других популяций. Особи из разных популяций не имеют возможности скрещиваться друг с другом, поэтому внутри каждой популяции формируются свои, индивидуальные, присущие только ей одной, изменения генофонда. Поэтому на почетное звание структурной эволюционной единицы может претендовать только популяция.

Роды, виды и подвиды, произошедшие от разных популяций одного и того же вида, могут иметь множество отличий. Сравните представителей двух родов, произошедших от разных популяций одного и того же предка – африканского слона и индийского слона.

Оцените разницу.

Сделайте выводы.

Популяция обладает общим генетическим фондом. Это раз.

Особи, составляющие одну популяцию, могут свободно скрещиваться между собой, поскольку внутри популяции отсутствуют изоляционные барьеры. Это два.

Популяция представляет собой непрерывный ряд поколений, она характеризуется как наследственностью, так и изменчивостью. Это три.

И при всем том, популяция является самой мелкой из групп, способных к эволюционному развитию. Поэтому именно популяция считается структурной единицей эволюции.

Продолжение разговора о причудах и тайнах эволюции – в следующей главе.