Принципы систематики животных. Систематика, или таксономия, - наука о классификации организмов. Термин "систематика" происходит от латинского слова systema, а таксономия - от сочетания греческих слов "таксис" - порядок и "номос" - закон. Зоологическая классификация представляет собой распределение животных по соподчиненным группам на основании изучения их сходства и различий и выявления родственных отношений. Основная цель систематики состоит в построении системы животных, которая давала бы максимальное количество информации о любой группе животных и имела бы большую прогностическую ценность.
В истории таксономии можно выделить три периода.
Первый период, долиннеевский, был связан с изучением местных фаун, их описанием и наименованием всех животных на том языке, на котором их описывали, созданием классификаций по каким-либо отдельным признакам. Первую классификацию животных, основанную на степени их совершенства (градации), дал Аристотель (см. раздел "Основные этапы развития палеонтологии"), его система просуществовала почти 2000 лет.
Второй период связан с именем К. Линнея (1707-1778) - основателя систематики как науки. В десятом издании книги "Система природы" (1758) К. Линней предложил систематику, основанную на соподчиненности таксономических единиц, или таксонов: царство, класс, отряд, род, вид и вариетет. Он распределил все известные к тому времени группы животных среди соподчиненных таксонов и дал четкие и ясные диагнозы. В течение ста лет до выхода в свет работы Ч. Дарвина "Происхождение видов" (1859) основное внимание уделялось четкому ограничению видов, основанному на признании их постоянства. Разрабатывалась типологическая концепция вида, в соответствии с которой каждый изучаемый экземпляр сравнивался с типовым экземпляром, и по степени морфологического сходства или отличия определялся статут вида. Шло быстрое увеличение числа описываемых видов как современных, так и вымерших, разрабатывались основные методы и принципы классификации. Предложенная иерархия таксономических единиц за срок более чем 200 лет не испытала сколько-нибудь существенных изменений, если не считать добавленных промежуточных таксонов, указанных ниже.
По предложению К. Линнея, каждый вид получил двойное латинизированное название - родовое и видовое. Например, Homo sapiens L., Canis familiar is Carlo, Pinus silvestris L. Первое слово относится к названию рода, который обычно объединяет несколько видов и является основным; второе - к названию вида, которое является, как правило, определяющим, подчеркивающим какие-либо особенности организма. В данном случае: Homo - человек, sapiens - мудрый; Cams - собака, familiaris - домашняя; Pinus - сосна, silvestris - лесная. За видовым названием всегда следует фамилия автора (или авторов), впервые описавшего данный вид (L. - принятое сокращение фамилии К. Линнея). Двойное название каждого вида послужило основой для создания бинарной номенклатуры, а 1 января 1758 г. было принято за дату, с которой действует закон приоритета. В соответствии с этим, законом первое название, данное любому виду или роду, но подлежит изменению.
С Линнея начинается период быстрого увеличения числа описываемых современных, и вымерших видов, разработка основных принципов и методов классификации, введение единых латинизированных названий для всех изучаемых животных и растений. Основное внимание было направлено на создание так называемой "естественной" системы, под которой понималось раскрытие "плана творения". Поскольку эволюционисты в понятие "естественная система" вкладывают совершенно иной смысл, лучше от этого термина отказаться.
Существенный вклад в систематику животных был внесен работами Кювье и Ламарка, выделивших из беспозвоночных ("бескровных") животных ряд новых классов (головоногих, брюхоногих). Это послужило толчком для расформирования неестественных группировок и выделения новых. Кювье на основании сравнительно-анатомических исследований выделил четыре независимые группы животных: хордовые, моллюски, членистые и лучистые, разработал принцип соподчинения основных и второстепенных признаков.
Третий период в развитии систематики начался с появления книги Ч. Дарвина "Происхождение видов" (1859). Дарвин отверг креационизм и обосновал принципы филогенетической систематики, основанной, на выявлении реального родства по происхождению. Сущность "естественной" системы была выяснена - естественные группы существуют потому, что они происходят от общего предка. Ч. Дарвин создал теоретические основы естественной (без кавычек), или филогенетической, системы. Он установил, что в процессе филогенеза осуществляются два процесса: ветвление и последующая дивергенция, или расхождение, возникших ветвей. Разделение таксонов должно основываться на установлении их ветвления (что указывает на общность происхождения) и на степени различия. Степень изменений, испытанных в ходе развития различными группами, выражается в размещении их по таксонам разных рангов: классов, отрядов, семейств.
Дарвин говорил о необходимости создания филогенетической систематики, основанной на выделении признаков трех категорий: а) признаки, выявляющие действительное родство (гомогеничное сходство); б) признаки зачаточных или атрофированных органов, не имеющих значения в жизни животных, но важных для систематики; в) особенности эмбрионального строения сравниваемых форм, имеющие важное значение для систематики.
Последарвиновский период - период борьбы за признание эволюции - характеризовался созданием классификаций различных групп животных и растений. Концепция типа стала постепенно замещаться концепцией популяций, согласно которой виды состоят из изменчивых популяций, причем даже в пределах крупных таксонов возможны отклонения от "типа", характерного для данной категории. Признание изменчивости вида заставило обратить серьезное внимание на типы изменчивости и на оценку изменчивости методами популяционного анализа и статистическими методами. Создание классификации поставило перед исследователем ряд сложных вопросов, например: представляют ли изученные две формы один или два вида, чем обусловлено их сходство - филогенетическим родством или только внешним, конвергентным сходством. Все эти вопросы представляют собой третью задачу систематики, которая была поставлена Дарвином - изучение и анализ внутривидовой изменчивости и выявление факторов эволюции; при решении этих вопросов систематика соприкасается с генетикой, биогеографией, экологией, сравнительной анатомией и данными палеонтологии.
Изучение любой группы с позиции систематики проходит три стадии, именуемые: альфа-, бета- и гамма-систематикой (Майр, Линсли, Юзингер, 1946). Первая - альфа-систематика - это аналитическая стадия, в течение которой на современном научном уровне изучается каждая группа и даются названия; вторая стадия - бета-систематика - это систематическая стадия, включающая объединение элементов группы в систему таксонов, и третья стадия, или гамма-систематика, является заключительной, теоретически обобщающей все полученные результаты. Современная систематика сочетает в себе методы анализа и синтеза.
В настоящее время различают филогенетическую и искусственную систематики. Филогенетическая систематика строится на основании выяснения генетических взаимоотношений родственных групп во времени и пространстве. Всех животных можно расположить в систематическую иерархию, состоящую из таксонов, ранг которых постепенно повышается. Филогения и систематика рассматриваются в неразрывной связи как две стороны единого процесса познания фактической истории органического мира; причем если филогения изучает родственные связи и выясняет общность отдельных таксонов, то систематика стремится разделить выделенные филогенетические ветви на отдельные соподчиненные таксоны. Поэтому нельзя отождествлять филогению и систематику.
Искусственные систематики отличаются от филогенетической тем, что организмы группируются по внешним сходным признакам, причем различают несколько разновидностей искусственных систематик. К искусственной систематике по необходимости прибегают тогда, когда классифицируются отдельные части организмов, например ринхолиты, аптихи, конодонты, скелетные элементы голотурий; они получают видовые и родовые названия и даже иногда объединяются в более высокие таксоны. Для некоторых из них, например конодонт, до сих пор неизвестно, к какой группе организмов они принадлежали. Для таких групп предлагается выделить паратаксоны - особые категории, которые не подчиняются правилам зоологической номенклатуры.
Имеются искусственные классификации по принципиальным соображениям, когда авторы считают, что в действительности филогенетические системы не существуют, а имеются особые "естественные", или типологические, систематики, основанные на изучении ряда признаков, позволяющие находить черты сходства и различий, опираясь на статистические обобщения. Они важны для наведения порядка в разнообразии организмов. Хотя эти систематики и претендуют на "естественность", но они далеки от филогенетической систематики и представляют, как правило, искусственную группировку организмов. Многие неродственные группы организмов, как известно, при сходных условиях жизни часто приобретают внешне сходные черты и при искусственной систематике часто оказывались в одном таксоне.
В настоящее время Принимается следующее соподчинение таксономических единиц:
Для каждой группы имеются свои характерные признаки. Таксономические единицы реально существуют и важно найти критерии для их выделения. Наиболее общими, приложимыми для всех групп, могут служить критерии, рекомендованные В. Е. Руженцевым в качестве принципов систематики. К их числу относятся следующие критерии, или принципы: хронологический, гомологий, онтогенетический, актуализма, основного звена, хорологический.
Хронологический принцип - при выделении любой таксономической группы и решении вопросов филогении важно иметь по возможности точные хронологические данные о изучаемой группе, положении ее представителей в естественных разрезах; незнание хронологии может привести к ошибкам и неправильным выводам.
Принцип гомологий основан на изучении гомологичных и аналогичных структур, причем если гомологичное сходство проистекает от общности происхождения, то аналогичное - от общности адаптаций к сходным условиям. Сравнение на основе аналогичных образований также приводит к ошибкам, к созданию искусственной систематики; сравнение, основанное на гомологичных образованиях, позволяет выявлять действительные родственные связи.
Онтогенетический принцип дает возможность прослеживать развитие отдельных структур в процессе индивидуального развития, выявлять их сходство и различия. Ранние стадии онтогенеза указывают на родство более крупных таксонов и могут служить основой для их выделения; более поздние стадии указывают на родственные связи низших таксонов (роды, виды). Весь ход онтогенеза показывает направление филогенетического развития всей группы. Для выяснения конкретного филогенеза какой-либо группы следует особенно внимательно изучать поздние онтогенетические стадии с целью отыскания черт, характерных для ближайших предков. Для некоторых групп, например для насекомых, такой метод совсем не применим.
Принцип актуализма заключается в сравнении вымерших животных с современными: на этом основании делаются попытки восстановить строение и адаптации вымерших форм. Принцип актуализма может применяться с определенными оговорками.
Принцип основного звена базируется на выявлении тех изменений, которые возникают в данной группе в процессе развития и приводят в дальнейшем к возникновению и становлению новой группы, т. е. к выявлению узла дивергенции, места расхождения признаков. Вначале возникшие отличия бывают выражены очень слабо, затем они усиливаются и становятся ведущими. Установление основного звена - одна из наиболее сложных проблем систематики.
Хорологический принцип состоит в выявлении распределения организмов в пространстве и их экологических особенностей, географической изменчивости.
Используя эти принципы, можно разрабатывать систематику и филогению исследуемой группы.
Низшей таксономической единицей является вид. Проблема определения вида всегда представляла предмет дискуссий. До выхода в свет работы Дарвина (1859) основное внимание уделялось постоянству видов и их четкому разграничению. Виды определялись по степени их морфологического сходства и различия; однако при этом часто исследователь сталкивался с различными затруднениями, связанными с морфологическими различиями полов (половой диморфизм), возрастными отличиями - личинки часто резко отличаются от взрослых. Особые сложности при морфологических критериях возникли при установлении симпатрических естественных популяций, т. е, таких популяций, которые распространены в одной и той же области, по морфологическим признакам почти не отличаются друг от друга, но не скрещиваются; их считают самостоятельными видами и называют видами-двойниками.
В настоящее время принимается, что каждый вид состоит из группы популяций, особи которых фактически или потенциально скрещиваются друг с другом и репродуктивно изолированы от других видов. Вид представляет собой репродуктивное сообщество, объединенное экологическим единством; хотя он состоит из отдельных особей, но взаимодействует с другими видами как единое целое, обладающее генетическим единством и единым генетическим фондом. К палеонтологическому материалу, безусловно, эти критерии непригодны и поэтому при выделении видов приходится учитывать их ареалы, качественную обособленность, все морфологические признаки, проводить их морфофункциональный анализ и изучать изменения признаков во времени. При достаточно больших палеонтологических коллекциях виды можно изучать в пространстве и во времени. О сложностях, связанных с определением видов-двойников, уже говорилось выше.
В природе довольно широко распространены политипические виды - такие виды, которые состоят из двух или более подвидов. Если виды не распадаются на подвиды, то их называют монотипическими. Подвид - составная часть вида, он имеет свой ареал, который составляет часть ареала всего вида. Подвиды всегда являются аллопатрическими, т. е. не встречаются вместе на одной территории.
Виды объединяются в роды, роды в семейства и т. д. Большинства исследователей считают, что высшие таксоны объективно существуют в природе и соответствуют группам, качественно отличным друг от друга. Это хорошо показал Дарвин, рассматривая вопросы дивергенции видов и вопросы систематики. Однако существует и такое мнение, что высшие таксоны субъективны и созданы только для удобства. Эта субъективистская точка зрения в настоящее время не находит сторонников.
Правила зоологической номенклатуры. Номенклатура (лат. nomen - имя, calare - называть) представляет собой систему названий для всех таксонов. Основная задача номенклатуры состоит в создании универсальности, стабильности и правильного однозначного понимания одних и тех же научных названий животных. Правила зоологической номенклатуры утверждаются на Международном зоологическом конгрессе и являются обязательными для всех занимающихся систематикой. Последний Международный кодекс зоологической номенклатуры был утвержден в 1964 г. на Международном зоологическом конгрессе в Лондоне. Зоологический и ботанический кодексы независимы. В качестве научных названий используются латинские, греческие или латинизированные слова любого языка, отражающие какие-либо особенности группы (например, класс Bivalvia - двустворки), ее географическое (Timanites) или стратиграфическое (neocomiensis) положение либо название, посвященное какому-либо лицу, реальному или мифологическому (например, orlovi, в честь академика Ю. А. Орлова или Neptunoceras - рог Нептуна).
Все таксономические единицы разделены на пять групп: 1) видовая (вид, подвид); 2) родовая (род, подрод); 3) семейственная (триба, подсемейство, семейство, надсемейство); 4) отрядноклассная (подотряд, отряд, надотряд, подкласс, класс, надкласс) 5) типовая (подтип, тип, надтип). Каждый таксон имеет свой тип, своеобразный "стандарт" - справочный эталон, с которым сравниваются изучаемые формы для устранения всяких сомнений и правильности определений; Тип является ядром таксона и основой его названия, он объективен и неизменяем, но его границы или объем (кроме голотипа) подвержены изменениям. Тип любого таксона не подлежит замене, за редким исключением. Для вида или подвида таким будет типовой экземпляр вида, впервые описываемый и называемый голотипом, все остальные экземпляры будут считаться паратипами. При палеонтологических исследованиях в качестве голотипа обычно избирается один из наиболее полных и хорошо сохранившихся экземпляров. Голотип указывается при описании нового вида и не подлежит замене. Термины "вариетет" и "форма" не подчиняются правилам номенклатуры и рассматриваются как категории инфраподвидовые.
Если при установлении нового вида голотип не был выделен, то все экземпляры типовой серии представляют собой синтипы, равноценные в номенклатуре. Из этой серии любой систематик может выделить один из синтипов в качестве лектотипа. Если голотип, лектотип или синтипы утеряны или уничтожены, то любой другой экземпляр может быть выделен в качестве неотипа с соблюдением всех необходимых правил.
Для рода выбирается номинальный вид, именуемый типовым видом, для семейства - тот номинальный род, на котором основано - название семейства. Все члены семейственной группы, основанные на одном типичном роде, - триба, подсемейство, семейство, надсемейство - пишутся с фамилией автора, давшего впервые название одному на перечисленных таксонов. Например, семейство Hoplitidae было выделено в 1890 г. Дувийе (H. Douville), а в 1952 г. Райт (C. Wright) разделил его на три подсемейства: Cleoniceratinae Whitehouse, 1926, Hoplitinae Douville, Gastroplitinae Wright, 1952; автором номинального подсемейства остался H. Douville.
Названия отрядно-классной и типовой групп отличаются тем, что они не привязаны к определенному типу, представляют собой отдельные слова латинского или греческого происхождения, всегда стоят во множественном числе (например, Primates - приматы). Для названий от трибы до отряда предложено к названию рода добавлять соответствующие окончания, указанные в скобках при перечислении таксонов (см. выше таблицу таксономических единиц).
Закон приоритета предусматривает признание только того названия вида или рода, которое было предложено первым по времени и опубликовано с соблюдением всех правил, предусмотренных кодексом. Все последующие названия считаются синонимами первого и не употребляются в качестве самостоятельных. Если одно и то же название дано двум разным видам внутри одного рода или разным родам, оно считается гомонимом; более позднее тождественное название является недействительным и должно быть отброшено. Например, Noctua - насекомое и Noctua - птица, одно из названий должно быть изменено.
Если название не соответствует правилам кодекса, то оно считается недействительным и не имеет номенклатурного статута, т. е. представляет собой по номенклатурным правилам nomen nuda (или nomina nuda во множественном числе).
Все названия таксонов выше вида состоят из одного слова, т. е. являются униноминальными; все названия видов, как было показано выше, состоят из двух слов, т. е. биноминальны; все названия подвидов состоят из трех слов и являются триноминальными. Названия видов и подвидов пишутся со строчной буквы, названия всех, вышестоящих таксонов - с прописной. В политипическом виде один из подвидов является номинальным, т. е. носителем названия. Например, если вид назван album, то один из подвидов, должен называться album album, а название второго подвида будет состоять из названия вида album и какого-нибудь слова, подчеркивающего особенности выделенного подвида.
В соответствии с кодексом названия вида и подвида должны быть грамматически согласованы с названием рода. Прилагательное albus, означающее белый, сохраняет окончание -us, если оно относится к мужскому роду, изменяет окончание на -a, если род женский, и на -um, если род средний. Подбор видовых названий и согласование их с названием рода вызывают часто много затруднений, связанных с незнанием латинского языка, незнанием рода (мужского, женского или среднего), к которому относится название.
Если в процессе изучения будет установлено, что вид должен быть отнесен к другому роду, то в этом случае фамилия автора ставится в скобки. Однако это рекомендуется делать только в специальных палеонтологических работах. Если род разделяется на подроды, то подрод, содержащий типовой вид, становится типовым, или номинальным, подродом и сохраняет название рода, а второй и следующие получают новые названия, при этом название подрода ставится в скобки после названия рода. Например, род Hoplites разделен на два подрода - Hoplites (Hoplites), Hoplites (Isohoplites).
Открытая номенклатура применяется в том случае, если сохранность материала плохая и не позволяет дать точное видовое определение. Название "открытая", или "свободная", номенклатура связано с тем, что описанные формы не попадают под охрану закона приоритета и их названия при последующих исследованиях могут уточняться или изменяться. Существует много различных обозначений, применяемых при описании или определении материала плохой сохранности. Вот некоторые примеры: если принадлежность к роду недостоверна, то после названия рода ставится знак вопроса; если сохранность не позволяет достоверно определить вид, то ставится cf. (сокращение от слова conformis - сходный); если описываемый вид имеет достаточно хорошую сохранность, но отличается от близкого вида какими-то признаками, не позволяющими с уверенностью относить экземпляр к данному виду, то между названием рода и вида ставится знак aff. (сокращение от слова affinis - родственный, близкий). Если исследователь не может точно определить вид, то он указывает только на принадлежность описываемой формы к группе известных видов и в этом случае между названием рода и вида ставит знак ex gr., что означает ex grege - из группы (дословно из стада). Например, Nautilus ex gr. pompilius L. Если не может быть установлена принадлежность изучаемых таксонов к семейству, отряду, классу, типу, то пишут соответственно incertae familiae, incertae ordinis, incertae classis, incertae phylum (incertae - неизвестный).
В настоящее время органический мир Земли насчитывает около 1,5 млн видов животных, 0,5 млн видов растений, около 10 млн микроорганизмов. Изучить такое многообразие организмов невозможно без их систематизации и классификации.
Большой вклад в создание систематики живых организмов внес шведский натуралист Карл Линней (1707-1778). В основу классификации организмов он положил принцип иерархии, или соподчиненности, а за наименьшую систематическую единицу принял вид. Для названия вида была предложена бинарная номенклатура, согласно которой каждый организм идентифицировался (назывался) по его роду и виду. Названия систематических таксонов было предложено давать на латинском языке. Так, например, кошка домашняя имеет систематическое название Felis domestica. Основы линнеевской систематики сохранились до настоящего времени.
Современная классификация отражает эволюционные взаимоотношения и родственные связи между организмами. Принцип иерархии сохраняется.
Вид - это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом и общее происхождение, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к сходным условиям обитания и занимающих определенный ареал.
В настоящее время в систематике используют девять основных систематических категорий: империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид (схема 1, таблица 4, рис. 57).
По наличию оформленного ядра все клеточные организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты.
Прокариоты (безъядерные организмы) - примитивные организмы, не имеющие четко оформленного ядра. В таких клетках выделяется лишь ядерная зона, содержащая молекулу ДНК. Кроме того, в клетках прокариот отсутствуют многие органеллы. У них имеются только наружная клеточная мембрана и рибосомы. К прокариотам относятся бактерии.
Эукариоты - истинно ядерные организмы, имеют четко оформленное ядро и все основные структурные компоненты клетки. К ним относятся растения, животные, грибы.
Таблица 4
Примеры классификации организмов
Кроме организмов, имеющих клеточное строение, существуют и неклеточные формы жизни - вирусы и бактериофаги. Эти формы жизни представляют собой как бы переходную группу между живой и неживой природой.
Рис. 57. Современная биологическая система
* В столбце представлены только некоторые, но не все существующие систематические категории (типы, классы, отряды, семейства, роды, виды).
Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским. В переводе слово «вирус» означает «яд».
Вирусы состоят из молекул ДНК или РНК, покрытой белковой оболочкой, а иногда дополнительно липидной мембраной (рис. 58).
Рис. 58. Вирус ВИЧ (А) и бактериофаг (Б)
Вирусы могут существовать в виде кристаллов. В таком состоянии они не размножаются, не проявляют никаких признаков живого и могут сохраняться длительное время. Но при внедрении в живую клетку вирус начинает размножаться, подавляя и разрушая все структуры клетки-хозяина.
Проникая в клетку, вирус встраивает свой генетический аппарат (ДНК или РНК) в генетический аппарат клетки-хозяина, и начинается синтез вирусных белков и нуклеиновых кислот. В клетке-хозяине идет сборка вирусных частиц. Вне живой клетки вирусы не способны к размножению и синтезу белка.
Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных, человека. К ним относятся вирусы табачной мозаики, гриппа, кори, оспы, полиомиелита, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий заболевание СПИД.
Генетический материал вируса ВИЧ представлен в виде двух молекул РНК и специфического фермента обратной транскриптазы, который катализирует реакцию синтеза вирусной ДНК на матрице вирусной РНК в клетках лимфоцитов человека. Далее вирусная ДНК встраивается в ДНК клеток человека. В таком состоянии она может сохраняться долго, не проявляя себя. Поэтому антитела в крови у инфицированного человека образуются не сразу и обнаружить заболевание на этой стадии сложно. В процессе деления клеток крови ДНК вируса передается соответственно в дочерние клетки.
При каких-либо условиях вирус активизируется и начинается синтез вирусных белков, а в крови появляются антитела. В первую очередь вирус поражает Т-лимфоциты, ответственные за выработку иммунитета. Лимфоциты перестают узнавать чужеродные бактерии, белки и вырабатывать против них антитела. В результате организм перестает бороться с любой инфекцией, и человек может погибнуть от любого инфекционного заболевания.
Бактериофаги - это вирусы, поражающие клетки бактерий (пожиратели бактерий). Тело бактериофага (см. рис. 58) состоит из белковой головки, в центре которой находится вирусная ДНК, и хвостика. На конце хвоста располагаются хвостовые отростки, служащие для закрепления на поверхности клетки бактерии, и фермент, разрушающий бактериальную стенку.
По каналу в хвостике ДНК вируса вспрыскивается в клетку бактерии и подавляет синтез бактериальных белков, вместо которых синтезируются ДНК и белки вируса. В клетке происходит сборка новых вирусов, которые покидают погибшую бактерию и внедряются в новые клетки. Бактериофаги могут использоваться как лекарства против возбудителей инфекционных заболеваний (холеры, брюшного тифа).
| |
8. Многообразие органического мира
§ 51. Бактерии. Грибы. Лишайники
1. Основной и наименьшей единицей классификации является вид.
2. Наибольшей единицей классификации является царство.
3. Каждый вид следует обязательно классифицировать, то есть отнести к каждой из указанных категорий.
4. Классифицировать биологический объект означает определить степень его сходства и отличия от других, сравнив с ними.
5. Чем полнее учитываются различные особенности организмов, тем в большей степени сходство, которое проявляется, будет отражать родство организмов.
6. На основе отдельных признаков сходства основывается построение искусственных систем. Искусственные (формальные ) системы - это системы организмов, в которых классификация видов основывается только на степени их сходства и не учитывается историческое родство различных таксонов. Искусственные системы создают из-за недостатка данных об историческом развитии, строение, экологические особенности определенных групп организмов. Например, длительное время выделяли Тип Черви, к которому относили плоских, круглых и кольчатых червей и некоторых червеобразных животных.
7. Природные системы учитывают степень исторического родства различных таксонов. Природные (филогенетические ) системы - это системы организмов, в которых классификация видов базируется на их степени сходства и отражает филогенетическую родство между систематическими группами организмов.
8. Для классификации живых организмов используется двойная (бинарная ) номенклатура, которую ввел еще К. Линней. Бинарная номенклатура - двойное название видов, первое слово которой указывает на родовую принадлежность, а второе - на видовую. Например: собака домашняя (Canis familiaris ). Использование латинского языка облегчает взаимопонимание между учеными разных стран, предотвращает недоразумением, которые могут возникнуть, если в научных работах каждой страны животные и растения называться только на языке своего народа. Для свод правил биологической номенклатуры существуют специальные номенклатурные кодексы. Основными на данный момент является Международный кодекс ботанической номенклатуры (ICBN), причем номенклатура грибов исторически относится именно к нему, Международный кодекс зоологической номенклатуры (ICZN) и Международный кодекс номенклатуры бактерий (ICNB). Также существуют Международный кодекс классификации и номенклатуры вирусов (ICVCN) и Международный кодекс номенклатуры культурных растений (ICNCP).
Ранг - понятие, применяемое в систематике для обозначения подчинения различных групп живых организмов, отличающихся друг от друга степенью родства. Таксономические (систематические) категории разного уровня, или ранга (вид, род, семья и др.), Придают реальным обособленным группам организмов - таксонам. Таксон - группа организмов, объединенных на основе методов классификации, связанных между собой той или иной степенью родства, и достаточно отделена от других групп, чтобы ей можно было назначить определенную таксономическую категорию того или иного ранга. в отличие от таксономической категории таксон всегда обозначает конкретные биологические объекты. Например, понятие "папоротника" или "позвоночные" обозначают группы организмов, служащих объектами классификации, и поэтому является таксонами. Таким образом, понятие "вид", "род" и т.п. не является таксонами, но конкретный вид собака домашняя (Canis familiaris ) является таксоном.
Для классификации используют основные таксономические категории: Царство → Тип (в зоологии), Отдел (в ботанике) Класс → Ряд (в зоологии), Порядок (в ботанике) → Семья → Род → Вид . В необходимых случаях используются вспомогательные ранг (надцарство, подцарство, надтип, подтип и др.).
46. Принципы классификации организмов. Искусственные, естественные, филогенетические системы. Современная классификация органического мира. Таксономические единицы. Вид как единица классификации.
Систематика - наука, изучающая разнообразие всех существующих и вымерших организмов. Считается, что в настоящее время на Земле существует около 500 тысяч видов растений и около 2 млн. видов других живых организмов.
Задачи систематики - выявление, описание и классификация организмов в систему.
Разделы систематики - таксономия, номенклатура и филогенетика.
Таксономия - теория и практика классификации организмов, т.е. распределение всех известных на настоящий момент организмов по определенной системе соподчиненных категорий на основании их сходства и различий. Сходство и различия устанавливаются с помощью различных методов и оцениваются по специально разработанным критериям.
Номенклатура - совокупность всех существующих названий таксонов. Филогенетика изучает историческое развитие мира живых организмов (филогенез) и родство организмов в ходе этого развития.
Основные понятия систематики - таксоны и таксономические категории. Таксономические категории - определенные уровни в иерархической классификации. Таксоны - конкретные группы организмов, реально существующих или существовавших ранее.
Основным таксоном, объединяющим особей, наиболее близких друг к другу, является вид (species ) . Растения, используемые человеком, должны быть определены до вида, иногда еще точнее.
Первое определение вида дано Линнеем. Линней считал виды постоянными и неизменными.
До настоящего времени нет единого общепринятого определения вида, в равной степени подходящее как растениям, размножающимся половым путем, так и растениям, размножающимся бесполым путем или вегетативно. Приведем одно из современных определений.
Вид - группа особей, сходных по морфологическим, физиологическим, биохимическим и др. признакам, свободно скрещивающихся между собой, дающих плодовитое потомство и проживающих на определенной территории, называемой ареалом.
Внутри вида могут быть разновидности, подвиды, которые в процессе эволюции могут давать новые виды. Какой бы большой ни была внутривидовая изменчивость, внутри вида все равно есть непрерывный ряд форм, в то время как между даже близкими видами, как правило, существует дискретность, нет переходных форм. Виды различаются не только по внешним признакам, но и по условиям существования. Обычно имеются барьеры для скрещивания.
Роды могут быть поли-, олиго- и монотипные. Могут делиться на секции и подроды.
Виды объединяются в роды. Род (genus) - более высокая таксономическая категория, объединяющая группу родственных видов. Для всех таксонов, начиная с рода, имеются научные названия, состоящие из одного латинского слова (униноминальные). Для видов же приняты биноминальные названия, состоящие из двух латинских слов: первое слово - название рода, к которому относится данный вид; второе - видовой эпитет. Например, подорожник большой, крапива двудомная и т.д. Введена такая бинарная номенклатура Карлом Линнеем в 1753 г.
Семейство (familia) , включающее один или несколько родов. Название семейства образуется из названия рода с окончанием - асеае, например, Convallaria - Convallariaceae.
Порядок (ordo) - систематическая категория, включающая несколько семейств. Называется с окончанием - ales.
Класс (classis) - значительно более высокая таксономическая категория. Число классов не большое. Например, у покрытосеменных два класса - Однодольные и Двудольные. Для классов принято окончание - psida, но допускается употребление давно установившихся названий без этого окончания. Например, двудольные можно называть Magnoliopsida или Dicotyledones.
Самая крупная таксономическая единица в царстве растений - отдел (divisio). Отделы называются с окончанием -phyta и отличаются друг от друга фундаментальными признаками. Располагаются в порядке эволюционного усложнения.
Таким образом, любая система состоит из таксономических единиц, расположенных иерархически. Если мы называем уровни этой иерархии, то это таксономические категории. Если же мы подразумеваем конкретное содержание выделенных групп, то это таксоны.
Первые системы появились еще до нашей эры, но до сих пор не создана общепринятая система, которая содержала бы максимум возможной биологической информации. Это - актуальная задача биологии. Существуют искусственные, естественные и генеалогические системы растений.
Искусственные системы строятся на основе одного или нескольких случайно взятых признаков. Наиболее известная из них - система Линнея. Растительный мир был разделен им на 24 класса на основе количества тычинок и особенностей тычиночного комплекса. К достоинствам этой системы можно отнести возможность ее применения на практике для узнавания растений в природе. Карл Линней впервые дал понятие рода и вида, ввел бинарную номенклатуру, описал около 10 тыс. видов, распределив их в 1000 с лишним родов. Этот его труд не утратил своего значения до настоящего времени. Но вместе с тем система Линнея была искусственной, поэтому в один класс попадали растения, весьма далекие друг от друга, например, рис и капуста, т.к. они имеют по 6 тычинок.
В отличие от искусственных, естественные системы учитывают при классификации сходство и различия по многим признакам одновременно. Первая из таких систем создана Антуаном Жюссье в конце 18 века (1789 г). В ней он выделяет естественные группы двудольных, однодольных, хвойных и бессемядольных (грибы, водоросли, мхи, папоротники, а также наядовые).
Еще более разработана система Декандолля , которая впервые учитывала в классификации анатомическое строение растений (1824 - 1874 г.). Система Дж. Гукера и Дж. Бентама (1883 г.) является логическим развитием системы Декандолля, но охватывает большее количество растений, а также отличается оценкой беспокровных цветков как редуцированных, вторичных, а не первичных.
Идея развития от простого к сложному, т.е. зачатки эволюционной теории были положены в основу некоторых додарвиновских систем. Такова система Ламарка , а также система русского ботаника П.Ф.Горянинова (1834 г.), который считал, что родственные таксоны имеют общее происхождение. Система Горянинова начинается с грибов и достаточно правильно с современной точки зрения располагает отделы высших растений в порядке их возникновения и развития.
В основе всех естественных систем лежит представление о неизменности видов. В конце 19 века после внедрения эволюционной теории Дарвина появились генеалогические системы. Они построены на филогенетической основе, т.е. учитывают историческое родство организмов. Различают эволюционные системы, отражающие конечные результаты эволюционного развития, и филогенетические системы, отражающие сам процесс филогенеза, т.е. возникновения таксонов в ходе эволюции.
В конце 19 века появилась и получила широкое распространение система А.Энглера . В ее основе лежит представление о первичности беспокровных однополых цветков, что в настоящее время оспаривается. Тем не менее, она является единственной системой, разработанной до уровня вида, поэтому применяется до настоящего времени: в большинстве гербариев мира растения расположены по этой системе, 30-томник "Флора СССР" также был издан на основе этой системы.
Еще в 1875 году А.Браун выдвинул идею примитивности цветков магнолиевых и вторичности безлепестных цветков. Эта идея легла в основу многих современных систем: Ч.Бесси , Х.Гоби , Дж. Хатчинсона (начало 20 века). Несколько особняком стоит система А.А. Гроссгейма , в которой нет деления на классы однодольных и двудольных, что очень спорно.
Вышеназванные системы касаются покрытосеменных. Общепринятой системы до сих пор не существует. Нами в курсе систематики покрытосеменных используется система А.Л.Тахтаджяна .
Для создания современных систем применяются различные методы: сравнительно-морфологический, сравнительно-анатомический, сравнительно-эмбриологический, палинологический, географический, эколого-генетический, кариологический, гибридологический, цитологический, серодиагностический, хемотаксономический, палеоботанический и др.
Рассмотрим современную систему, касающуюся самых высоких таксонов: надцарств, царств, подцарств, отделов.
Все многообразие органического мира делится на 2 надцарства:
Наука о классификации животных называется систематика или таксономия. Эта наука определяет родственные связи между организмами. Степень родства далеко не всегда определяется внешним сходством. Например, сумчатые мыши очень похожи на обыкновенных мышей, а тупайи — на белок. Однако эти животные относятся к разным отрядам. А вот броненосцы, муравьеды и ленивцы, совершенно непохожие друг на друга, объединены в один отряд. Дело в том, что родственные связи между животными определяются их происхождением. Исследуя строение скелета и зубную систему животных, ученые определяют, какие звери наиболее близки друг другу, а палеонтологические находки древних вымерших видов животных помогают установить более точно родственные связи между их потомками. Большую роль в систематике животных играет генетика — наука о законах наследственности.
Первые млекопитающие появились на Земле около 200 млн. лет назад, отделившись от зверообразных рептилий. Исторический путь развития животного мира называется эволюцией . В ходе эволюции происходил естественный отбор — выживали только те животные, которые сумели приспособиться к условиям окружающей среды. Млекопитающие развивались в разных направлениях, образуя множество видов. Случалось так, что животные, имеющие общего предка, на каком-то этапе стали жить в разных условиях и приобрели разные навыки в борьбе за выживание. Преобразовывался их внешний облик, из поколения в поколение закреплялись полезные для выживания вида изменения. Животные, предки которых относительно недавно выглядели одинаково, стали со временем сильно отличаться друг от друга. И наоборот, виды, имевшие разных предков и прошедшие разный эволюционный путь, иногда попадают в одинаковые условия и, меняясь, становятся похожими. Так неродственные между собой виды приобретают общие черты, и лишь науке под силу проследить их историю.
Классификация животного мира
Живую природу Земли делят на пять царств : бактерии, простейшие, грибы, растения и животные. Царства, в свою очередь, делятся на типы. Существует 10 типов животных: губки, мшанки, плоские черви, круглые черви, кольчатые черви, кишечнополостные, членистоногие, моллюски, иглокожие и хордовые. Хордовые — самый прогрессивный тип животных. Их объединяет наличие хорды — первичной скелетной оси. Самые высокоразвитые хордовые объединены в подтип позвоночных. У них хорда преобразована в позвоночник.
Царства
Типы делятся на классы. Всего существует 5 классов позвоночных животных : рыбы, земноводные, птицы, рептилии (пресмыкающиеся) и млекопитающие (звери). Млекопитающие — самые высокоорганизованные животные из всех позвоночных. Всех млекопитающих объединяет то, что они вскармливают своих детенышей молоком .
Класс млекопитающих делится на подклассы : яйцекладущие и живородящие. Яйцекладущие млекопитающие размножаются, откладывая яйца, как рептилии или птицы, но детенышей вскармливают молоком. Живородящие млекопитающие делятся на инфраклассы: сумчатые и плацентарные. Сумчатые рожают недоразвитых детенышей, которые долгое время донашиваются в выводковой сумке матери. У плацентарных зародыш развивается в утробе матери и рождается уже сформировавшимся. У плацентарных млекопитающих есть особый орган — плацента, осуществляющая обмен веществ между материнским организмом и зародышем в период внутриутробного развития. У сумчатых и яйцекладущих плацента отсутствует.
Типы животных
Классы делятся на отряды. Всего существует 20 отрядов млекопитающих . В подклассе яйцекладущих — один отряд: однопроходные, в инфраклассе сумчатых — один отряд: сумчатые, в инфраклассе плацентарных 18 отрядов: неполнозубые, насекомоядные, шерстокрылы, рукокрылые, приматы, хищные, ластоногие, китообразные, сирены, хоботные, даманы, трубкозубые, парнокопытные, мозоленогие, ящеры, грызуны и зайцеобразные.
Класс млекопитающих
Некоторые ученые выделяют из отряда приматов самостоятельный отряд тупайи, из отряда насекомоядных выделяют отряд прыгунчиковые, а хищных и ластоногих объединяют в один отряд. Каждый отряд делится на семейства, семейства — на роды, роды — на виды. Всего на земле в настоящее время обитает около 4000 видов млекопитающих. Каждое животное в отдельности называется особь.
