Поведение животных завораживало зоологов веками, но этология как научная дисциплина, как считают, зародилась в 1930-х гг. Все началось с работы голландского биолога Николаса Тинбергена и его австрийских коллег Конрада Лоренца и Карла фон Фриша. Все трое впоследствии стали лауреатами Нобелевской премии. Работа Тинбергена 1963 г. «О целях и методах в этологии» ставила четыре вопроса, на которые, как он утверждал, необходимо ответить, чтобы понять поведение животных: какие стимулы провоцируют поведение? какие преимущества получает животное благодаря своему поведению? как меняется поведение в течение жизни животного? как характерное поведение формируется у вида?
Шимпанзе, чайки и гусята
Джейн Гудолл, вероятно, самый известный специалист по поведению животных. 55 лет она занималась доскональным изучением социальных взаимоотношений шимпанзе в Танзании, и ее работы на эту тему полностью изменили наше представление о приматах. Она обнаружила, что социально обусловленное поведение шимпанзе очень разнообразно; ей же принадлежит знаменитое наблюдение, что шимпанзе обладают ярко выраженными характерами, что они обнимают и щекочут друг друга. Возможно, самое замечательное открытие заключается в том, что шимпанзе не только используют, но и изготавливают орудия. Гудолл видела, как обезьяна втыкала пучки травы в ходы термитника, а затем вынимала их: термиты покрывали пучок, и обезьяна поедала их. Шимпанзе также срывали ветки с деревьев и обдирали листья, чтобы было удобнее их использовать. Николас Тинберген наблюдал, что птенцы серебристых чаек ударяют клювом по красному пятну на клюве родителей, чтобы те срыгнули пищу. Конрад Лоренц знаменит своими исследованиями импринтинга – феномена, когда молодые животные, например гусята, копируют действия своих родителей.
Работа Николаса Тинбергена «О целях и методах в этологии» закрепила за этой областью исследований роль серьезной научной дисциплины.
Джейн Гудолл изучала поведение шимпанзе в Национальном парке Гомбе-Стрим в Танзании с 1960 по 1975 г. Позже она создала Институт Джейн Гудолл и продолжила работу с этими животными.
Кладистика
Кладистика – это метод классификации животных и растений по общему признаку, который прослеживается до самого близкого общего предка, но отсутствует у более далеких предков.
Научные методы позволяют установить, что у членов группы с общими признаками есть общая история, а следовательно, они относительно тесно связаны. Изыскания такого рода находятся в ведении кладистики. Ее начала были заложены в том числе британским зоологом Питером Чалмерсом Митчеллом в начале ХХ в. Немецкий исследователь Вилли Хенниг более подробно описал принцип подхода в работе, опубликованной в 1950 г. В 1966 г. она была переведена на английский язык, и только тогда метод приняло международное сообщество таксономистов. По меньшей мере до конца 1970-х гг. с кладистическим подходом соглашались не все. С его методологией пыталась поспорить фенетика, приверженцы которой классифицировали виды в согласии с их морфологией, то есть внешний видом, но без опоры на наследственность. Фенетический анализ может привести к ошибке из-за процесса конвергенции, который обусловливает возникновние внешне похожих, но близко не связанных особей. Примером могут служить вилорогие антилопы Северной Америки и европейские антилопы. Кладистика лучше (хотя и не полностью) застрахована от этой ошибки. Генетический материал видов анализируется, и на основе этих данных составляют аккуратные древовидные схемы, или кладограммы.
Кладограммы – это схемы, отражающие взаимоотношения между различными группами живых существ, или кладами (от греч. κλάδος – ветвь). Они восстанавливают историю эволюции, или фитогенез, группы организмов. Ниже показан фитогенез трех крупных клад: вторичноротых, куда входят и позвоночные; линяющих, в том числе ракообразных и насекомых; спиральных, к которым относятся многие моллюски.
Симбиогенез
Исследования ДНК показывают, что первыми формами жизни были прокариоты, бактерии и археи, клетки которых довольно мелки и примитивны. Теория симбиогенеза предполагает, что более крупные и сложные клетки, протисты и многоклеточные организмы появились, когда прокариоты стали объединяться в группы.
Симбиоз – феномен, когда два разных вида извлекают выгоду от сосуществования. В 1967 г. американский генетик Линн Маргулис выдвинула удивившую многих теорию о том, что эукариотические клетки с их сложными внутренними структурами развились из неродственных им прокариотов, образовавших группы. Митохондрии и хлоропласты в эукариотических клетках, как заметили еще в 1910 г., похожи на бактерии – отсюда и вывод. Более поздние открытия показали, что эти органеллы содержат собственные ДНК. Анализ ДНК митохондрий, которые находят почти во всех живых клетках, доказал их сходство с протобактериями, также известными как несерные пурпурные бактерии. Это многочисленная группа прокариотов: некоторые из них вызывают заболевания, а прочие – это азотфиксирующие бактерии в почвах. Хлоропласты в клетках растений в свою очередь близко связаны с цианобактериями, или сине-зелеными водорослями. Это были первые фотосинтезирующие организмы.
Исключение из правил
Идея Маргулис известна как симбиогенез, или эндосимбиотическая теория, ведь составные элементы клетки зависят друг от друга. Но, возможно, все начиналось совсем не так. Инородные микроорганизмы могла поглотить более крупная клетка в качестве пищи, они также могли быть паразитами. ДНК в ядре эукариотов ближе к ДНК археи, а не бактерии, поэтому предполагается, что клетка, которая сформировала укрытие для эндосимбионта, была археей, мембрана которой разраслась и усложнилась.
Первая эукариотическая клетка появилась по меньшей мере 1,5 млрд лет назад. Считается, что этот процесс увенчался успехом только однажды. Все протисты, грибы, растения и животные произошли от одной этой клетки. Считается, что первый эукариот кормился другими организмами и не использовал фотосинтез. Он дал начало грибам и животным. Фотосинтезирующий хлоропласт возник позже, и с него началась история растений.
Симбиогенез потенциально может включать следующие этапы. 1) Прокариотическая клетка, вероятно архея, увеличивается, на ее мембране формируются складки, за счет которых растет площадь ее поверхности. 2) Складки отделяются от мембраны клетки и формируют мембрану вокруг ядра, где хранится генетический материал, – так образуется эндоплазматический ретикулум. 3) Терпимые к кислороду несерные пурпурные бактерии проникают внутрь и выживают. Они способны размножаться и сохраняться при делении клетки. 4) Бактерия использует кислород производства энергии для клетки – как примитивная митохондрия. 5) Цианобактерия попадает в клетку и начинает производить сахар á с помощью фотосинтеза. Клетка приобретает сходство с растительной.
