Классификация живых организмов на земле. Количество и разнообразие живых организмов на Земле с течением времени изменяются
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%.
C результатами исследования можно ознакомиться в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Была проведена самая масштабная в истории перепись видов, что открывает новые перспективы для ученых.
Сейчас исследователи знают относительно много «сложных» живых существ, однако жители микромира остаются малоизученными. Новые технологии секвенирования ДНК позволили более точно оценить общее число видов, живущих на планете. Согласно выводам ученых, эта цифра составляет немыслимый один триллион! Чтобы было понятно, это лишь в три раза меньше всех деревьев, растущих на планете (один триллион против трех). Вошедшие в список живые существа обитают на поверхности, в глубинных водах океана, глубоко под землей и в воздухе.
Ученые добавляют, что на сегодняшний день описаны примерно 0,001 процента из общего числа видов живых существ. Проще говоря, мы не знаем практически ничего про жизнь на Земле, а вернее, про самые низшие ее формы. Новые выводы были сделаны как на основе данных, собранных самими авторами исследования, так и на основе работ других ученых.
Ученые не знают точное количество живых видов, существующих в мире. Фактически, после нескольких столетий классификации живых существ ученым удалось документировать только 14% живых видов. Остальные 86% видов, которые существуют, еще не обнаружены.
По последним оценкам, на планете Земля насчитывается около 8,7 млн. видов. По мере того как скорость исчезновения увеличилась, тысячи живых видов вымерли, не будучи документированными, и мы никогда не узнаем о их существовании. Это лишь одна из причин, по которой трудно оценить точное число видов, обитающих на Земле.
Сколько видов существует на Земле?
На сегодняшний день ученые смогли зарегистрировать около 1,2 млн. видов. Однако общее количество видов, которые существуют, составляет примерно 8,7 млн. К сожалению, из-за исчезновения мы никогда не сможем узнать обо всех видах.
Проблема вымирания
В то время как открытие новых видов - это более легкая часть документирования живых существ, их классификация - затруднительная. Исследователи должны сопоставлять образцы с доступными образцами, анализировать их анатомию и ДНК и находить их классификационную линию. Этот процесс занимает много времени и зачастую становится недостоверным. Самая большая проблема, связанная с классификацией видов - это исчезновение. Вымирание забирает ключевые компоненты цепи классификации, а это означает, что ученые могут сталкиваться с несвязанными видами.
По состоянию на март 2018 года Красный список МСОП перечислил тысячи видов животных, которые находятся под угрозой исчезновения, а это означает, что дальнейшая способность классифицировать виды может оказаться под угрозой. Это приводит к тому, что нам никогда не будет доступным точное количество видов.
Трудности подсчета
Размер животного часто усложняет обнаружение и подсчет видов. В большинстве случаев, чем меньше животное, тем труднее их найти и сосчитать.
Неопределенности в счете, терминологии и научной классификация видов. Как определяются отдельные виды животных? Это не так легко, как кажется на первый взгляд. Некоторые классификации относят птиц к группе рептилий, таким образом, повышая количество рептилий на целых 10000 видов.
Несмотря на эти проблемы, полезно иметь представление о том, сколько видов животных обитают на нашей планете. Это знание дает нам перспективу сбалансированного изучения, чтобы не давать некоторым группам животных ускользать из нашего поля зрения.
Если бы мы разделили всех животных на две группы, и животных, то около 97% всех видов будут беспозвоночными. Они включают животных, которые не имеют скелета, такие как губки, кишечнополостные, моллюски, кольчатые черви, плоские черви, членистоногие и насекомые. Из всех беспозвоночных, на сегодняшний день насекомые являются самой многочисленной группой. Существует множество видов насекомых, которые нам еще предстоит только открыть. Позвоночные представляют оставшиеся 3% всех видов и включают в себя классы животных, которые наиболее знакомы нам: амфибии, рептилии, птицы, рыбы и млекопитающие.
Представленный ниже список содержит приблизительные оценки числа видов в различных группах животных.
Животные: 3-30 миллионов видов:
+ Беспозвоночные: 97% от всех известных видов:
- : 10000 видов;
Кишечнополостные: 8,000-9,000 видов;
Биологический вид – основная структурная единица классификации живых организмов на Земле. Он описывает группу особей, имеющих единые морфологические, физиологические, биохимические, поведенческие и другие . Организмы одного вида способны скрещиваться между собой, давая способное к продолжению рода потомство – между разными видами это невозможно. Под влиянием эволюционных факторов, в меняющихся окружающей среды виды могут разделяться.
Основы видовой систематики живых организмов были предложены шведским ученым Карлом Линнеем в середине XVIII века. С тех пор было найдено и изучено более миллионов различных видов.
Животные
Животные – это группа организмов, которые составляют биологическое царство. Они являются эукариотами, то есть их клетки из ядер. Животные гетеротрофным (выделяют энергию из органических соединений), способностью к активному передвижению. В разговорном языке животными часто называют наземных позвоночных, но с точки зрения науки это совокупность многих классов: рыб, насекомых, птиц, морских звезд, червей, паукообразных и других.
Количество видов животных
Не только точное, но и даже приблизительное количество видов живых организмов, обитающих на Земле, неизвестно. Одни биологи говорят о небольших пробелах в систематике живых существ, которая может пополниться еще лишь несколькими сотнями тысяч видов, другие утверждают, что неизвестными и неописанными остаются миллионы различных видов, обитающих в самых недоступных человеку местах. Самая большая цифра, называемая исследователями, составляет 8,7 миллионов.
Пока описано около 1,7 миллионов видов, животные среди них составляют большую часть: на растения, грибы и другие царства приходится около ста тысяч видов. Так, изучено около 5,5 тысяч млекопитающих животных, 10,1 тысяча птиц, 9,4 тысячи пресмыкающихся, 6,8 земноводных, 102 тысячи паукообразных. Самой многочисленной группой пока остаются насекомые – их насчитывается около миллиона.
Предполагается, что и среди неизученных еще видов насекомые составляют самую большую часть – приблизительно десять миллионов.
Несмотря на развитие биологии, изучать и находить новые виды все еще довольно сложно. Если среди крупных млекопитающих не ожидается больших пополнений, то более мелких животных исследовать сложнее. Хотя до сих пор ежегодно ученые находят несколько десятков новых видов млекопитающих. Также довольно хорошо изучены птицы: их легко отыскивать и за ними приятно наблюдать.
Случаются ситуации, когда биологи обнаруживают живых представителей видов, которые считались давно умершими. Таким образом, науке еще предстоит дать ответ на вопрос о точном количестве видов животных.
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).
