Сколько видов на планете?

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%.

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;

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).

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%.

Жизнь на Земле, благодаря естественному отбору и эволюционной биологии, невероятно разнообразна. Ее можно найти везде: от вершин вулканических островов до темных глубин земной коры.

Оценка биоразнообразия нашей планеты

Теперь исследователи взялись за геркулесов труд: они собираются подсчитать, сколько различных видов живых организмов существует на нашей планете. Их вывод такой: в мире, где доминируют микробы, есть более триллиона различных видов живых существ. Невероятно, но это означает, что фактически была идентифицирована только одна тысячная одного процента всех видов.

Предыдущие оценки всех видов можно назвать произвольными. Тем не менее, новое исследование, сделанное Национальной академией наук США, демонстрирует универсальный математический закон, который позволил авторам придумать наиболее надежный на сегодняшний день метод исследования биоразнообразия.

Так же, как и отображение Млечного пути и других галактик помогает нам понять и оценить наше место во Вселенной и ее истории, понимание огромного разнообразия видов поможет нам понять и оценить наше место в эволюции и жизни на Земле.

Пробелы современной классификации

Базы данные для всех царств жизни, от бактерий до животных и от архей до растений, уже существуют, но они являются неполными. Команда ученых изначально хотела увидеть, существуют ли те же закономерности биоразнообразия в мире микробов, какие есть в царстве животных и растений. Для этого они собрали самые современные базы данных в один большой сборник, крупнейший в своем роде.

Усилия ученых показали, что было классифицировано около 5,6 млн видов, но это явно не все. В частности, они считают, что базы данных о жизни микробов имеют множество пробелов, которые необходимо заполнить. Как отмечают ученые, с более авантюрными методами поиска и лучшим оборудованием новые виды микробов можно будет увидеть в самых неожиданных местах.

К примеру, в недавнем исследовании образец воды из довольно среднего по размерам потока содержал 35 новых групп. Это значит, что дерево жизни микробов, которое мы знали ранее, изменилось в одно мгновение.

Разнообразие микробной жизни

Для того чтобы оценить, сколько видов микроорганизмов существует на Земле, ученые обратились к масштабированию законов, математических отношений. Они описывают отношения между двумя величинами, такими как вид и численность. Исследователи поняли, что закон подобия, который также применяется в широком спектре областей, включая экономику, подходит для всех форм жизни, в том числе и для микробиома.

Используя этот универсальный закон подобия, они смогли бы не только предсказать, какие виды микроорганизмов будут доминировать в различных средах, но и подтвердить, что на Земле существует свыше триллиона различных видов микроорганизмов. Это делает их самой доминирующей формой жизни на планете, которая намного опережает сравнительно небольшое разнообразие животных и растений.

Закон масштабирования

Используя известный набор данных, универсальный закон масштабирования можно применить для оценки того, сколько видов живых организмов существует в различных экосистемах на планете. Доминирование является мерой того, насколько привычным явлением есть вид во множестве экосистем, вне зависимости от того, говорим мы о микробах или же о крупных видах организмов.

Проведенное учеными исследование позволяет нам понять, сколько всего мы еще не знаем о мире, в котором живем. Микроорганизмы приводят в движение природные экосистемы Земли, так что понимание всей информации о них является первостепенной задачей для исследователей. От них в буквальном смысле зависит все.