Portrety rodzinne, czyli niezbadane są pokrewieństwa w świecie zwierząt i roślin
Po pierwsze taksonomie ludowe to jedno, a zdanie specjalistów – drugie. Arystoteles – a więc i ci, którzy go przez następne wieki cytowali zwłaszcza na średniowiecznych i renesansowych uniwersytetach – wiedział dobrze, że nietoperze i delfiny mają wiele wspólnego ze zwierzętami, które dziś określamy ssakami. Rybacy też wiedzieli swoje. Po drugie, dzisiejsza klasyfikacja ma ambicję odzwierciedlać pokrewieństwo, ale nie jest to jej jedyny cel. Nawet niektóre najnowsze publikacje taksonomiczne nie są w pełni konsekwentne i z pełną świadomością ignorują niektóre ustalenia dotyczące pokrewieństwa. Wszystko w imię poręczności systemu. To bardzo silna motywacja. Jeżeli ktoś analizuje wpływ farm wiatrowych czy samolotów na faunę, powinien wiedzieć, że nietoperze zachowują się inaczej niż ptaki. Ale i tak z jego perspektywy są bliższe im niż pozostałym ssakom, bo mogą podobnie jak one zderzać się ze śmigłami, niezależnie od stopnia pokrewieństwa. Pytanie: jak pokrewieństwo określać.
Czy foka jest jak niedźwiedź polarny (i dlaczego prawie)
Powinowactwo kota domowego i rysia oraz koniczyny białej i czerwonej jest tak oczywiste, jak jego brak między kotami i koniczyną. Pokrewieństwo kotów i psów już mniej rzuca się w oczy, podobnie jak koniczyn i grochu. Ale odrobina wiedzy biologicznej i spostrzegawczości pozwala na znalezienie między nimi wielu cech wspólnych. Więcej wiedzy i analizy cech niewidocznych na pierwszy rzut oka, umożliwia ustalenie pokrewieństwa drapieżnych i kopytnych oraz motylkowatych i traw. A jeszcze więcej – ssaków i ptaków oraz okrytonasiennych i nagonasiennych, strunowców i stawonogów oraz roślin naczyniowych i zielenic, wreszcie zwierząt i roślin. A więc kota domowego i koniczyny białej.
Diabeł tkwi w szczegółach, czyli w wybranym do analizy zestawie cech. Już wymienione wyżej nazwy taksonów dają pewną informację o cechach kluczowych. Ssaki wyspecjalizowane w drapieżnictwie, ssaki o stopach zakończonych kopytami, zwierzęta wyposażone w strunę grzbietową (lub kręgosłup), zwierzęta bezkręgowe o odnóżach ze stawami, rośliny o kwiatach motylkowych, rośliny trawiaste, rośliny o nasionach okrytych lub nagich, rośliny z naczyniami lub glony zielone... Ten, kto usłyszy te nazwy, określone nimi zwierzęta i rośliny, bez trudu jakoś tam opisze. Nazwy taksonów nie wszystko jednak powiedzą. Tak się bowiem składa, że o ile wszystkie ssaki kopytne są roślinożerne, o tyle mają rogi lub poroże albo nie, i niektóre żyją samotnie, a niektóre w stadach. Jakoś da się je opisać, wskazując różnice między nimi a innymi grupami ssaków i określając wyjątki.
Jak rozsadzono rośliny (i dlaczego na konkretnych grządkach)
Botanicy zawsze starali się wymyślać jakieś nazwy charakterystyczne, dość często nawiązujące do budowy kwiatów lub kwiatostanów: złożone, baldaszkowate, wargowe, szorstkolistne, trawy, palmy... Dopiero kiedy nie udawało im się znaleźć dobrej jednowyrazowej cechy diagnostycznej, uciekali się do nazw takich jak różowate czy jaskrowate. Im jednak więcej nowych gatunków – zwłaszcza egzotycznych – odkrywano, tym częściej musieli to robić.
Rośliny o kwiatach motylkowych występujące w Europie – takie jak groch i koniczyna – załapały się na nazwę rodziny motylkowate (Papilionaceae), ale już ich amerykańscy krewni musieli zadowolić się nazwą pochodzącą od przedstawiciela – brezylkowate (Caesalpiniaceae), swoją drogą obecnie uważane za członków tej samej rodziny. W przypadku taksonów wyższych kategorii też czasem znajdowano nazwy charakterystyczne – rurkokwiatowe (Tubiflorae), bagienne (Helobiae) czy złotowiciowce (Chrysophyta, nie chodzi tu o kolor wici, tylko kolor całego glona, i to, że ma wici) – ale też nie zawsze. I tak nasza koniczyna trafiła do rzędu różowców (Rosales).
W drugiej połowie XX w. botanicy zaczęli się jednak przekonywać, że wiele cech z najbardziej zewnętrznej budowy kwiatów wyewoluowało niezależnie od siebie. W efekcie rośliny, które mają np. zrośnięte płatki, są ze sobą mało spokrewnione, za to niektóre gatunki genetycznie pasują do rodzin o kwiatach, które za podobne uznać nie sposób.
Od czasów Linneusza były silne ciągoty do konsekwencji (choć system samego Linneusza, gdzie o przynależności do klasy decydowała liczba pręcików, a do rzędu w jej obrębie liczba słupków, dość szybko został zarzucony). W końcu przyjęto zasadę, że odrzuca się nazwy rodzin pochodzące od cechy, a przyjmuje pochodzące od jednego z najwcześniej opisanych przedstawicieli. I tak złożone przemianowano na astrowate, krzyżowe na kapustowate, a motylkowate na bobowate. Nawet trawom i palmom nie przepuszczono i dziś to są wiechlinowate i arekowate. W wysokich rangą taksonach bywa mniej konsekwentnie, choć niektórzy zamiast nazwy okrytozalążkowe czy okrytonasienne (Angiospermae) używają Magnoliophyta.
Inaczej z drapieżnością. To cecha dobrze opisująca psy czy koty, a nawet niedźwiedzie polarne. Ale z niedźwiedziami brunatnymi już jest trochę gorzej, a o pandzie lepiej nie wspominać. Z drugiej jednak strony, jeże również są drapieżne i o zdobycz mogą konkurować z niejednym przedstawicielem rzędu drapieżnych. Z niedźwiedziami polarnymi z kolei mogą konkurować foki, a tym bardziej mogłyby uchatki, gdyby nie to, że mieszkają na przeciwległym biegunie. Podobieństwo fok – czy szerzej płetwonogich – do lądowych drapieżnych jest na tyle duże, że w niektórych kulturach bywały one potocznie nazywane morskimi psami. W oficjalnej zoologii w XIX i XX w. płetwonogie uznawano za rząd odrębny, a więc równoważny lądowym drapieżnym. Dziś jednak uważa się, że wyewoluowały one z drapieżnych i w związku z tym, nie można ich stawiać na równi z nimi. Tworzą swoją grupę, czyli klad, ale rodziny fokowatych, morsowatych i uchatkowatych są tak samo taksonami wewnątrz rzędu drapieżnych, jak kotowate, łasicowate czy psowate.
Gdzie się podział hipopotam (i dlaczego właśnie tam)
Płetwonogie łatwo wyodrębnić i wskazać ich cechy charakterystyczne. Ale weźmy takie hipopotamy. Z kim one są najbardziej spokrewnione? Ich sięgająca starożytności nazwa oznacza rzecznego konia. No cóż, na pierwszy rzut oka to łatwiej dostrzec psa w foce niż konia w hipopotamie. W dodatku, potoczne nazwy nie są najlepszą wskazówką do szukania pokrewieństw. Morskie lew czy lampart – choć bliżej im do niedźwiedziowatych i psowatych niż kotowatych – są nie tak bardzo odległe od swoich lądowych odpowiedników. Jednak ich krewny, morski słoń, ze słoniem za dużo wspólnego nie ma. Ten ostatni mogłyby już raczej tworzyć jakąś grupę z hipopotamem. Choćby ze względu na posiadanie kopyt. I owszem w XIX w. łączono je w rzędy – w zależności od preferencji zoologa – gruboskórych lub ociężałych.
Nazwa gruboskóre wydaje się w sam raz dla kogoś, kto zastanawia się, czy na spotkanie ze zwierzęciem lepiej wziąć wiatrówkę czy sztucer. Nie w tym jednak rzecz. Twórca taksonu Pachydermata, francuski biolog Georges Cuvier, podzielił go na rodziny trąbowców, czyli słoniowatych, masywnonogich, czyli koniowatych i zwykłych gruboskórych, do których zaliczył m.in. hipopotamy, nosorożce, świnie, tapiry. Oraz Anoplotherium, czyli rodzaj, który wcześniej opisał na podstawie skamieniałości.
Był przekonany, że zwierzęta kopalne można zaliczać do współczesnych rodzin, bo to, że miały pecha wyginąć w jakiejś katastrofie, np. biblijnym potopie, w niczym nie czyni ich wyjątkowymi. Spierał się ze swoim kolegą Lamarckiem, który uważał, że mogły one przekształcić się we współczesne. (Dyskusje z twierdzącym podobnie Darwinem, nie były mu dane. Za jego życia Darwin był już znany z zebrania ciekawych okazów ze swojej podróży, ale jeszcze nie z propagowania rewolucyjnej teorii). Zatem w systemie Cuviera hipopotam jest równie blisko słonia, jak i konia, ale najbliżej mu do nosorożca czy świni. W sumie tak właśnie podpowiada intuicja, prawda?
Inny układ zaproponował Charles Lucien Bonaparte (zbieżność nazwisk z pewnym cesarzem nieprzypadkowa). Hipopotamy, nosorożce i słonie zebrał w Elephantidae, a świnie z tapirami – w innej rodzinie. Zgodny był z Cuvierem, że koniowate trzeba oddzielić od obu, tyle że nazwę rzędu przemianował na ociężałe (Belluae). Tak potraktować szybkie i eleganckie zwierzęta? Osobliwe.
Z czasem zaczął przeważać pogląd, że kopytne należy podzielić jeszcze inaczej: na parzysto- i nieparzystokopytne. A słonie, a raczej trąbowce – bo dobrze nadać nazwę od jakiejś cechy – wyodrębnić jako równą im grupę. Hipopotamy mają po cztery palce, więc są parzystokopytne, podobnie jak świnie czy pekari.
Oczywiście, parzystokopytność nie została wybrana przypadkowo – parzystokopytne mają tak dużo innych cech wspólnych, że wszystko wskazuje na wspólne pochodzenie i pewną odrębność od nieparzystokopytnych i trąbowców. Na dobrą sprawę, skoro wcześniej hipopotamy łączono do pewnego stopnia z końmi, to połączenie z bydłem i jeleniowatymi nie jest dziwniejsze (choć pewnie tradycjonalistom najtrudniej było przyjąć oddzielenie ich od nosorożców).
Te z dawnych gruboskórych, które trafiły do parzystokopytnych wciąż tworzą dość charakterystyczną grupę. Nazwy nie można było zachować, więc nie silono się już na znalezienie jakiejś nazwy związanej ze wspólną cechą, a grupę tę nazwano świniokształtnymi (Suimorpha). Cóź, to też niezła nazwa – świnia jaka jest każdy widzi, a pekari i hipopotamy są trochę do niej podobne (na pewno bardziej niż wielbłądy czy przeżuwacze). O, można głębiej pójść w tę cechę i zamiast „świniokształtne” mówić „nieprzeżuwające”, co zresztą niektórzy czynią.
Oto przykład sytuacji, kiedy już coraz trudniej wymyślić samotłumaczącą się nazwę i pożycza się ją od typowego przedstawiciela, który będzie patronował całemu taksonowi. Oczywiście, to nic niezwykłego, a w przypadku psowatych i kotowatych – oraz hipopotamowatych (gatunków hipopotamów jest kilka) – wręcz dość oczywistego. Właściwie to norma odnośnie do rodzin zwierząt. U roślin jest trochę inaczej (patrz ramka).
W pewnym momencie odkryto jednak, że hipopotamy, choć nie mają żołądka takiego jak krowy czy wielbłądy, trochę przeżuwają pokarm. Ale jeszcze przez jakiś czas nie przeszkodziło to twierdzeniu, że są bardziej świniokształtne niż przeżuwające. Spokojnie sobie żyły w mokradłach, aż pod koniec XX w. genetycy odkryli, że walenie (wieloryby i delfiny) są całkiem blisko spokrewnione z przeżuwaczami, bliżej niż ze świniami. To jeszcze nic dziwnego, spodziewano się tego, że wyewoluowały z parzystokopytnych, więc mogły i z przeżuwaczy. Jednak w drugą stronę okazało się podobnie – przeżuwacze są bliżej spokrewnione z waleniami niż ze świniami. A zatem krowa ma więcej wspólnego z delfinem, który w istocie ma kilkukomorowy żołądek, niż ze świnią.
Jeszcze się z tą wiedzą nie oswojono, a już kolejne badania genetyczne pokazały, że owszem, świnie są dość daleko spokrewnione z wielorybami, krowy niewiele bliżej, za to hipopotamy całkiem, całkiem. Wspólnota świniokształtnych runęła – zostały w niej tylko pekariowate.
Tylko jak nazwać takson obejmujący hipopotamy i walenie? Paradoksalnie, aż się prosiło o reaktywację nazw nawiązujących do gruboskórności lub dużej masy. Ale takson wysokiej rangi często jest coś-tam-kształtny. Waleniokształtne? Hipopotamokształtne? Po angielsku dało się wykorzystać grę słów – pierwsze to whales, drugie to hippos, więc wyszło whippos. Tak więc mamy dziś takson Whippomorpha, któremu nikt nie wymyśla polskiej nazwy.
Kto zakłada supergrupę (i dlaczego tak dziwaczną)
Od kiedy zaczęto wyodrębniać kolejne królestwa oprócz roślin i zwierząt, okazało się, że grup o podobnie wyróżniających się cechach jest co najmniej kilka, a raczej kilkanaście. Niektórzy uznali, że należy w ogóle dać sobie spokój z rangą taksonomiczną „królestwo” i zastąpić ją pojęciem supergrupy.
Taką supergrupę mogą tworzyć rośliny zielone (razem z glonami z grupy zielenic), krasnorosty i glaukofity. Nazwano ją Archaeplastida, ponieważ u jej przedstawicieli chloroplasty są bezpośrednimi potomkami sinic, które symbiotycznie zamieszkały w ich komórkach. Jednocześnie jej zakres jest taki, że równie dobrze można ją nazywać po staremu roślinami.
Na podobnym poziomie można połączyć zwierzęta, grzyby i wiciowce kołnierzykowe. Wszystkie one, jeżeli mają komórki z wiciami, to mają tylko jedną wić położone z tylnej strony. Nazwano je Opisthokonta. Różne pierwotniaki i jednokomórkowe glony mają specyficzne bąbelki (alweole) przy błonie komórkowej. Supergrupę nazwano Alveolata, a obejmuje orzęski (np. pantofelka), bruzdnice (glony powodujące tzw. czerwony przypływ), apikompleksy (wśród nich są pierwotniaki powodujące toksoplazmozę i malarię) i dużo innych. Jest też inna grupa, obejmująca przeróżne glony o kolorze żółto-brązowym – zarówno jednokomórkowe, jak i wielometrowe o budowie praktycznie tkankowej (złotowiciowce, okrzemki, brunatnice), ale także organizmy przejściowo uważane za glonopodobne grzyby, w tym powodujące pleśniawki u ryb czy zarazę ziemniaczaną. Je określa się jako Stramenopiles albo Heterokonta, bo mają zróżnicowane wici. Jest też grupa ameb zwana korzenionóżkami (Rhizopoda), która wraz z pokrewnymi pierwotniakami tworzy własną supergrupę. Z braku lepszej nazwy do jej określenia pożyczono nazwę Rhizopoda i nazwano ją Rhizaria.
Supergrupy nie są jednak stabilnymi bytami w taksonomii. Kolejne badania molekularne wskazały na pokrewieństwo stramenopili i alweolatów, przez co utworzono supergrupę Chromalveolata. Kolejne znów wskazały na pokrewieństwo jej i Rhizaria. Stramenopiles+Alveoloata+Rhizaria = SAR. Owszem, taksonomom na tym poziomie wymyślanie nazw się znudziło i posiłkują się skrótowcami. Inną supergrupą o takiej nazwie jest np. CRuMs. Ponieważ zaś kolejne badania pokazują pewne pokrewieństwo SAR (a może i już Sar) do grupy Telonemia, można znaleźć w literaturze też klad TSAR. Stramenopile i alweolaty to taksony mające tysiące gatunków. Tymczasem do Telonemia należy według obecnej wiedzy kilka.
O wyróżnieniu kladu nie decyduje liczba gatunków, tylko jakość różnic genetycznych. Miliony gatunków zwierząt tworzą klad o randze znacznie niższej niż Telonemia. Równoważny im klad grzybów ma jakiś milion gatunków. Supergrupa Opisthokonta (do której, przypominam, należy np. hipopotam, ale też pieczarka) też nie jest całkiem izolowana da się ją połączyć z Breviatea (kilka, może kilkanaście znanych gatunków) i Apusomonadida (może kilkadziesiąt gatunków) w OBA. No dobra, tu zaproponowano nazwę bardziej brzmiącą tradycyjnie: Obazoa. Obazoa z kolei jest nieco pokrewna grupie Amoebozoa (obejmującej jeszcze inne niż korzenionóżki ameby i śluzowce), więc można je łączyć w klad Amorphea lub Unikonta.
Co rządzi taksonomią (i dlaczego przypadek)
W samych nazwach ciężko się połapać, a jak tu opisać takie taksony? Oczywiście, muszą być jakieś cechy genetyczne, np. obecność pewnego genu lub jego brak, a raczej obecność jakiejś sekwencji DNA lub RNA, ale ich używa się tylko do skonstruowania kladogramu. Co ciekawe, budowa kladogramu przypomina podział dychotomiczny, gdzie każda gałąź rozwidla się na dwie. Jest to sposób klasyfikacji, który kiedyś krytykował sam Arystoteles, tyle że w jego czasach takie rozwidlanie oznaczało występowanie jednej alternatywnych cech w stylu jajorodność/żyworodność, a nie jednej z dwóch alternatywnych sekwencji DNA. Obecnie nikt się nie sili na opisy diagnostyczne inne, niż według schematu typu: klad Obazoa to najmniejszy klad obejmujący Homo sapiens, Neurospora crassa, Pygsula biforma i Thecamonas trahens.
Dlaczego te gatunki? Bo akurat ich genomy wzięto do analizy. Taki dobór czasami może być przypadkowy, ale może mieć daleko idące konsekwencje. W skali supergrup wzięcie hipopotama zamiast człowieka albo pieczarki dwuzarodnikowej zamiast Neurospora crassa pewnie nic by nie zmieniło, ale gdy szukano krewnych waleni, najpierw wybrano świnię i krowę i wydawało się, że świniokształne są z nimi niespokrewnione. Skoro zaś uważano, że świnia jest spokrewniona z hipopotamem, wydawało się, że on też jest odległy od waleni. Gdyby od razu wzięto do porównania geny hipopotama, wnioski były inne.
To, że hipopotamy są bliższe waleniom niż świniom to i tak niewielka zamiana miejsc w porównaniu z tym, co się dzieje w innych grupach. Weźmy taką podręcznikową chlorellę, Jeszcze w drugiej połowie XX w. wyróżniano prawie sto jej gatunków, które umieszczano w rodzinie Chlorellaceae itd. Dziś ostała się jedna trzecia. O pozostałej większości nic się nie da powiedzieć, bo ciężko je ponownie zidentyfikować na podstawie oryginalnych opisów. Niektóre przemianowano lub przeniesiono do rodzajów, które wciąż są w tej samej rodzinie, ale wiele przeniesiono nie tylko do innych rodzin, ale też rzędów, a nawet klas. To tak, jakby niektóre z gatunków lisa przenieść do rodziny niedźwiedziowatych (przykład pandy wielkiej pokazuje, że nie jest to całkiem nie do pomyślenia), inne do parzystokopytnych, a jeszcze inne do ptaków.
A jest jeszcze coś: jeden z gatunków chlorelli dziś jest uważany za krasnorost. To tak jakby jeden z gatunków lisa przenieść do grzybów. No cóż, na pomysł, żeby żyć jako mała zielona kuleczka, którą ludzie nazwą chlorellą, wpadło niezależnie od siebie wiele różnych, odlegle spokrewnionych glonów. Zatem ja tam się nie śmieję z dawnych klasyfikacji opartych na tym, co widać gołym okiem. Jakie narzędzia, takie produkty. A ewolucja potrafi zaskakiwać.
PS Według dzisiejszej wiedzy nie tylko padalec jest beznogą jaszczurką – wszystkie węże nimi są i są nie tak daleko spokrewnione z agamami, legwanami, kameleonami czy padalcami właśnie.