Результат почти трехсотлетней работы систематиков - зоологов, ботаников, микробиологов - это более миллиона найденных и описанных видов живых существ, населяющих Землю. Находки новых видов не прекращаются, каждый год систематики описывают десятки и сотни новых видов. Как оценить, сколько видов еще не найдено? Разные методы расчета дают сильно различающиеся результаты. Один из возможных способов решения этой задачи - анализ таксономического разнообразия на разных уровнях иерархической классификации живого.
Сколько видов животных, растений, грибов и микроорганизмов обитает вместе с нами на Земле? Вопрос кажется простым, но точного ответа на него нет. Каждый год систематики описывают новые, прежде не известные виды не только простейших или насекомых, но и позвоночных животных: амфибий, рептилий, рыб, а иногда - и млекопитающих. Все специалисты согласны с тем, что число еще не известных, не найденных и не описанных видов превышает число видов известных. Принятая в настоящее время цифра - около 1,2 млн видов, известных науке, - это лишь часть реального разнообразия жизни на планете. Проблема заключается в том, чтобы определить, сколько видов еще не найдено.
Очередную попытку ответить на этот вопрос предприняла международная группа исследователей (Mora et al., 2011). Очередную - потому что время от времени разные специалисты предлагают свои оценки видового разнообразия Земли. Эти оценки различаются на два порядка - от 3 до 100 миллионов видов, в зависимости от метода подсчета: поскольку нельзя прямо пересчитать все виды, большая часть которых пока не обнаружена, остается единственный способ - найти какое-то правило, которое позволит перейти от известного числа видов к общему.
Попытки обнаружить универсальные закономерности для всего живого или для отдельных таксономических групп предпринимались неоднократно. Самая простая зависимость «число видов - площадь» удовлетворительно работает только в однородных биотопах, но не учитывает их мозаичность. Оценка скорости приращения новых видов по времени описания позволяет судить о предельном числе видов для небольших, достаточно хорошо изученных таксонов; в малоизученных группах число таксономических описаний со временем не уменьшается, и график уходит в бесконечность. Были попытки использовать зависимости, базирующиеся на частных наблюдениях, например на отношении числа жуков к числу деревьев в тропическом лесу (5:1), на отношении числа известных видов к числу новых, найденных на локальном участке и т. п. Однако частные закономерности, при экстраполяции на другие группы организмов или другие регионы, приводят к большим ошибкам. Правила, действующие для одних групп организмов, не всегда пригодны для других. Отсюда и возникает разброс в оценках.
В поисках более универсальной закономерности авторы обсуждаемой статьи обратились к соотношению разнообразия таксонов в их иерархии. Предполагается, что на больших массивах данных отношение числа таксонов в ряду «тип - класс - отряд - семейство - род - вид» более или менее постоянно. Нужно сказать, что сам подход не нов: еще в 1976 году А. Н. Голиков заметил, что для нескольких очень разных групп организмов (инфузории, моллюски, млекопитающие) в полулогарифмических координатах связь между рангом таксона и разнообразием линейна, причем углы наклонов прямых близки для разных групп организмов. Ричард Варвик предложил количественный индекс, основанный на соотношении числа таксонов разного ранга (индекс таксономического своеобразия фауны - taxonomic distinctness), и использовал его для выявления возможных источников происхождения локальных фаун гипергалинных озер (Clark, Warwick, 1998, 1999; Warwick et al., 2002).
Для оценки полного видового разнообразия планеты соотношение числа таксонов разного ранга можно использовать в том случае, если верно предположение, что таксоны высших рангов сосчитаны уже все или почти все, а неизвестно только число видов. Авторы проверили это предположение, используя два массива данных - Каталог живых существ (Catalogue of Life), и Всемирный регистр морских видов (The World’s Register of Marine Species). Первый из них содержит около 1,24 млн морских и наземных видов, второй - 194 тысячи только морских организмов, большей частью упомянутых и в первом каталоге.
Поскольку для каждого таксона от типа до вида известна дата его описания, легко построить зависимость «накопленное число таксонов - время» и, пользуясь различными способами аппроксимации, найти предел, к которому это число стремится. Как видно из рис. 2, A–F, в царстве животных графики для высших таксонов (от типов до семейств) близки к насыщению, и, экстраполируя их, можно найти предел функции - ожидаемое полное число таксонов данного ранга. Не получается это только для видов - график накопленного количества видов последние полтора века линейно устремлен в бесконечность.
Чтобы найти предел числу видов, авторы рассчитали связь между числом таксонов высших рангов и числом видов. Разные модели аппроксимации для высших таксонов данных дают слегка различающиеся результаты, поэтому авторы брали среднее из полученных результатов и получили семейство линий, довольно близко совпадающих друг с другом (рис. 1, G). Первые пять точек на графике - это пределы функций, описывающих увеличение числа таксонов во времени, а шестая точка - ожидаемое число видов животных на планете.
Интересные данные приводятся в дополнительных материалах к обсуждаемой статье. Из них следует, что предложенный метод дает удовлетворительные результаты для эукариот (лучше всего - для царства животных, хуже всего - для простейших), но абсолютно неприменим к прокариотам, у которых кривые накопления высших таксонов очень далеки от насыщения.
Авторы оценили разнообразие эукариот планеты в 8,74 (±1,3) млн видов. Из них около 7,7 млн животных, 298 000 растений, 611 000 грибов и 36 400 простейших (рис. 3). Таким образом, сегодня мы знаем «в лицо» около 14% видов, обитающих на Земле. Фауна эукариот Океана изучена на 9%.
Все живое на планете поражает своим многообразием. С самых давних времен человечество изучало, пыталось упорядочить и посчитать количество видов на планете. Но и сегодня, несмотря на довольно высокую степень развития биологии, ни один ученый не сможет ответить точно на вопрос, сколько видов животных на Земле сосуществует рядом с нами.
Общие понятия
Под видом в биологии понимают группу живых организмов, сходных по некоторым критериям и способных к скрещиванию с рождением плодовитого потомства.
Критериев вида предостаточно:
- морфологический (внешнее и внутреннее строение);
- генетический (строение генома);
- биохимический (сходство процессов обмена);
- физиологический (сходство процессов жизнедеятельности);
- географический (ареал обитания);
- экологический (место в экологической нише).
Можно и расширить этот список. Для определения вида и внесения его в систему классификации необходимо проведение довольно кропотливого анализа.
Животные и растения
Как ни странно, но даже в определении принадлежности организма к тому или иному таксону может вызывать сложности. На сегодня биологи склоняются к тому, что животные - это организмы, использующие для жизнедеятельности уже готовые органические вещества и неспособные синтезировать их из неорганических. Растения сами синтезируют органику для своих процессов жизнедеятельности. Опять же, это очень упрощенно.
Эволюционные сложности
Подсчитать сколько видов животных и растений на Земле существует в данный момент времени, довольно проблематично с учетом ежесекундной эволюции. Каждый вид когда-то появляется, переживает расцвет или упадок, исчезает или эволюционирует.
Некоторые биологи приводят данные о том, что каждый час на планете безвозвратно исчезает три вида живых организмов, соответственно, за день исчезнет порядка 72 видов. О том, сколько видов возникает, можно судить по тому, что ежегодно классификация и систематика пополняется тысячами новых описанных видов. Показательно, что практически каждый улов с помощью глубоководных тралов исследовательских суден приносит океанологам представителей, не описанных ранее видов.
Данные палеонтологии
Сколько видов животных существует на Земле? По расчетам палеонтологов, это 2-3 % от общего количества, появившихся на планете с момента зарождения жизни. Вымирание - нормальный для эволюции процесс такой же, как и возникновение новых видов. Поэтому ответ на вопрос, сколько видов животных осталось на Земле, требует определения временных рамок. Природный отбор в борьбе за существование никто не отменял.
Например, есть данные, что с 1600 по 1969 год с лица земли исчезло 38 видов класса млекопитающих и 94 вида класса птиц.
Исчезнувшие или все-таки нет?
Есть такая международная комиссия по сохранению видов (IUCN), по данным которой 801 вид животных, официально описанных, исчез с лица Земли за последние 500 лет. Иногда вид, объявленный исчезнувшим, возобновляет свое существование.
В 20-х годах предыдущего столетия так случилось с северным морским слоном. Вид был признан исчезнувшим в результате безжалостного истребления человеком. Однако затерявшаяся группа слонов на окраине Мексики, на маленьком острове Гуадалупе, сумела выжить, и чудом из порядка 100 особей этот вид крупных млекопитающих смог восстановить свою численность. Сегодня вид не находится под угрозой вымирания.
Так ли страшно исчезновение
Как может повлиять исчезновение одной лишь бабочки на эволюцию живого на планете, знают даже дети. Все смотрели одноименный голливудский блокбастер. Сюжет фильма имеет вполне реальную подоплеку. Биологи приводят пример, как изменение одного вида в экосистеме поймы Амазонки, приводит к колоссальным последствиям. Вплоть до изменений рельефа. Так что жизнь одной маленькой бабочки в природе, где все связано тончайшими нитями-связями, так же важна, как и существование всего человечества.
И все-таки, сколько видов животных на Земле?
Как бы там ни было, попытки определить количество видов предпринимаются. Последние научные работы университетов в Канаде и на Гаваях приводят цифру в 8,7 миллиона - вот сколько видов животных на Земле существует сегодня. Причем 80 % из этой цифры - это виды еще не описанные современной наукой. Вопросов у неспециалистов по данному поводу не меньше, чем у профессиональных систематиков.
Другие данные говорят о существовании 150 миллионов видов, изучены из которых только 1,5 миллиона.
Зачем считать?
Знание о том, сколько видов животных на Земле, по мнению биологов, имеет не только теоретический интерес. Практическое значение таких знаний позволит экологам подсчитать, при каких потерях наступит экологической катастрофы планетарного масштаба. Такие расчеты имеют свои методики и могут помочь разработать способы, позволяющие сохранить стабильными экосистемы, которые определяют существование жизни на планете.
Точных данных о количестве видового не узнает никогда. Таков прогноз биологов. Мы будем всегда гадать на плюс, минус миллион. Однако это не дает повода человечеству отказаться от беспокойства. Хрупкость экосистемы планеты, значимость каждого, даже ничтожного организма в биосфере - величайшая ценность, подаренная природой.
Сколько видов животных на Земле? Этот вопрос давно интересовал и интересует ученых-зоологов. Но на него до сих пор нет точного ответа. Известно только, что число видов животных в несколько раз превышает число видов растений. На сегодняшний день науке известно около полутора миллиона видов животных, из которых свыше миллиона видов - насекомые.
По мнению некоторых ученых, общее число видов животных составляет около двух миллионов. Академик Меркурий Сергеевич Гиляров предполагает, что в настоящее время существует около трех миллионов видов только членистоногих, число известных животных продолжает возрастать за счет открытия новых видов (главным образом среди насекомых и клещей).
История открытий новых видов животных на Земле не окончена. Каждый год этот список видов пополняется новыми названиями. Интересно, что такого рода открытия происходят не только среди мелких, но и среди крупных животных. Например, в 1938 году у берегов Южной Африки была поймана рыба латимерия - первый живой представитель считавшихся вымершими около 70 миллионов лет назад кистеперых рыб, от которых произошли земноводные. Вымершими считали и моллюсков из класса плакофоров, интересных своеобразным строением и экологией. И вот в 1952 году были обнаружены два вида этих моллюсков в Тихом океане на глубине нескольких тысяч метров. Оказывается, они живут и сегодня. А в 1957 году японские ученые сообщили об открытии нового вида кита. Новые виды животных ученые находят не только в пустынях, пещерах, глубоких морях, но даже на легко доступных участках Земли.
В этой книге мы рассмотрим лишь небольшую часть тех многочисленных животных, которые интересны своим строением или поведением либо являются редкими видами и подлежат строгой охране. Более полное представление о многообразии животных, их приспособительных особенностях, окраске, формах тела, образе жизни вы получите, наблюдая самостоятельно за ними в саду и огороде, в поле и на лугу, в парке и лесу или же посещая зоопарки, музеи.
Разнообразие живых организмов огромно, и едва ли его когда-либо точно измерят. Одна из причин — многие виды вымирают бесследно, об их существовании мы никогда не узнаем: увы, вымирание видов, семейств, даже целых отрядов животных столь же свойственно процессу эволюции, как и появление новых. Другая причина в том, что мы и существующее разнообразие знаем далеко не полно: ежегодно открываются новые виды и роды, даже новые семейства.
Современные млекопитающие насчитывают около 25 отрядов, 140 семейств и 4 600 видов. Это совсем небольшая доля всего видового богатсва: ведь всех видов животных насчитывается более пяти миллионов, из них почти две трети приходятся на насекомых! Да и в некоторых других классах позвоночных разнообразия больше: птиц известно около 5 000 видов, рыб — более 20 000. Даже если к нескольким тысячам современных видов зверей приплюсовать вымерших, которых, наверное, было в два, а то и в три раза больше, все равно получится очень мало, едва ли более 15 тысяч, и это за всю историю развития “звериного древа жизни”, длившуюся более 200 миллионов лет.
Большинство зверей — обитатели тропиков, именно там сосредоточено основное разнообразие зверей. В фауне России, расположенной целиком в поясе умеренного и холодного климата, класс млекопитающих представлен всего 8-9 отрядами, немногим более чем 40 семействами и приблизительно 310 видами. Причем вряд ли кто из специалистов-систематиков — ученых, изучающих разнообразие животных и растений, — сможет назвать эти цифры точно. Чуть ли не каждый год открываются новые, не известные ранее виды, а выяснение родственных связей между ними приводит к уточнению числа групп более высокого ранга — родов, семейств и даже отрядов.
Пустынная зебра или зебра Греви, это один видов млекопитающих относящийся к лошадиному семейству. Свое название зебра получила в честь Жюля Греви – французского президента именно ему был подарен первый экземпляр этого животного. Вес этого животного достигает 430 кг, а длина всего тела может быть порядка 3 метров. Пустынная зебра это не только одна из самых…
Кто же такие — млекопитающие, почему они — “вершина” эволюции? Разнообразие мира живых организмов возникло в результате длительного процесса эволюции. Она начиналась с простейших форм жизни — возникновения одноклеточных, от которых и произошли более сложные организмы — растения и животные. При этом основная задача, которая решалась природой в процессе эволюции, — продление жизни всеми доступными…
Совершенно особый способ охоты у гепарда. Этот обитатель саванн и полупустынь Африки и Южной Азии отличается от всех кошачьих невероятными скоростными качествами. Он и статью своей походит не на приземистого мощного барса, а, скорее, на высоконогую, поджарую борзую; да и когти, у гепарда “собачьи”, невтяжные. Соответственно и жертвами этой странной крупной кошки чаще всего становятся…
Копытных зверей в настоящее время на Земле сохранилось всего два отряда, а ведь в древние времена их было не меньше 5-6 отрядов. Эти животные чаще всего крупные: самые мелкие из них размером с зайца, самые большие весят несколько тонн. Сложены они чаще всего изящно: с сухими высокими ногами, с длинной, тонкой шеей — великолепные “машины”…
Несколько мельче моржа еще один ушастый тюлень, обитающий в северных водах, — сивуч, самцы которого весят почти тонну. У них мощно развита передняя часть туловища, особенно шея, и лобастая, почти медвежьего склада, голова: сходство особенно подчеркивается, когда буровато-рыжий самец разевает пасть и обнажает мощные клыки. Самки, как это водится” у животных, образующих на период размножения…
Мы, наверное, привыкли к тем или иным “украшениям” на теле зверей и не всегда можем поразиться несуразности творений матушки-природы. В самом деле, зачем оленю рога или жирафу — шея? Или что такое, к примеру, хобот слона? Не что иное, как длиннющий нос, в основании сросшийся с верхней губой. Для огромного животного, на несколько метров возвышающегося…
Некоторые хищники совершенно не кровожадны — напротив, являются приверженцами вегетарианской диеты. Наиболее последовательный вегетарианец среди них — бамбуковый медведь (он же — большая панда). Этот крупный бело-черный зверь, ставший эмблемой Международного фонда дикой природы, всю свою жизнь питается проростками бамбука, травой, корневищами, плодами. Живет он в горных бамбуковых лесах на юге Тибета. Когда пищи вдоволь,…
Действительно, что? На этот незамысловатый вопрос не стоит искать ответа — все равно не найдете. Потому что его знает только охотничья братия. Ведь это охотники решили называть и беличий, и кабаний дом одинаково — гайно. Рыжая резвая белка — древесный житель, и жилища свои устраивает на деревьях, обычно на высоте 8-10 метров от земли. Эти…
Среди охотничьих собак особенно выделяются лайки. Главное свойство лаек – их универсальность. “Дай мне зиму и собачью упряжку, а остальное возьми себе!” – как-то раз сказал знаменитый путешественник Кнуд Расмуссен, который осуществил самый большой в истории человечества переход на собаках (от Гудзонова залива до Чукотского полуострова) – 18 тысяч километров! Был период, когда ездовых лаек…
Эволюция не сводится только к поступательному движению вверх по “лестнице” прогресса. Ведь условия среды обитания чрезвычайно разнообразны, поэтому не обязательно все время стремиться к повышению уровня организации. Можно просто уходить от конкуренции с другими организмами, осваивая еще незанятые “ячейки” в сообществах живых организмов — экологические ниши. Этот процесс называют “дивергенцией”: близкие виды в ходе эволюции…
Специалисты крупнейшего проекта по изучению Мирового океана Census of Marine Life — «Перепись морской жизни» — опубликовали последние данные подсчетов числа видов живых организмов на Земле. Самые точные подсчеты показали, что
6,6 млн видов живут на суше и еще 2,2 млн бороздят океанские глубины.
«Вопрос о том, сколько видов живых организмов существует на Земле, столетиями интересовал ученых. Мы дали ответ на него, основываясь на данных о распространении и распределении видов, что особенно важно сейчас, когда человеческая деятельность существенно увеличила темпы вымирания видов. Многие из них исчезают с лица Земли еще до того, как мы узнаем об их существовании, месте в пищевых цепях и потенциальной пользе, которую они приносят природе и человеку», — считает Камило Мора, ведущий автор работы из Университета Гавайев (США) и Университета Халифакса (Канада).
Предыдущие оценки «населения» Земли были гораздо более расплывчатыми:
приводились цифры как в 3 млн, так и в 100 млн видов.
Однако сужение интервала не значит, что все на Земле уже известно. 86% обитателей суши и 91% обитателей морей еще только предстоит открыть, описать и каталогизировать.
«Эта работа сокращает самое общее число видов, которое следует узнать, чтобы описать нашу биосферу. Если мы не знаем (хотя бы по порядку величины) числа людей в стране, как мы можем строить планы на будущее? То же самое и с биологическим разнообразием. Человечество взяло на себя обязательство охранять виды от вымирания, но до сих пор мы не знали, сколько вообще этих видов», — считает соавтор работы Борис Уорм.
В международную Красную книгу сейчас входит 59508 видов, 19625 из них классифицированы как находящиеся под угрозой. Это значит, что самый детальный на Земле документ об охране видов охватывает всего 1% общего «населения».
Как же ученым удалось посчитать и неоткрытые виды? Для этого им пришлось собрать все принципы таксономии — науки о классификации. В 1758 году шведский ученый Карл Линней создал систему классификации, носящую теперь его имя и помогающую ученым группировать виды. Сегодня, 253 года спустя, описаны и каталогизированы около миллиона сухопутных и 250 тысяч морских видов.
Профессор Мора и его коллеги рассчитали общее число видов, основываясь именно на таксономии.
Они изучили численную структуру таксонов, которые формируют пирамидоподобную иерархическую структуру, сужающуюся от видов, родов и семейств к подцарствам и царствам.
Распределив по ступенькам иерархии 1,2 млн известных сегодня видов, исследователи обнаружили достоверную численную связь между наиболее заполненными таксономическими уровнями и общим количеством видов. С помощью разработанного метода ученые независимо вычислили число видов в наиболее полно изученных группах — млекопитающих, рыб и птиц. Полученные данные подтвердили достоверность метода.
Применив этот подход ко всем эукариотам (организмам, содержащим в клетках оформленное ядро), ученые получили для их основных групп следующие цифры:
— 7,77 млн видов животных (описаны и каталогизированы 953434);
— 298 тысяч видов растений (описаны и каталогизированы 215644);
— 611 тысяч видов грибов (описаны и каталогизированы 43271);
— 36,4 тысячи видов одноклеточных животных (8118 описаны и каталогизированы).