Систематика – это наука о разнообразии организмов, определяющая их место в системе органического мира. Существует систематика животных, микроорганизмов, грибов, растений.
В задачи любой систематики входит выявление, описание, идентификация, классификация и группирование организмов (от древнейших и примитивных до современных и самых сложных) в систему, в которой было бы однозначно определено положение каждого таксона.
Со времени К. Линнея (XVIII в.) в науке господствовала система двух царств: растений (Plantae) и животных (Animalia). В XX в. с открытием вирусов, а также обнаружением ряда важных различий в процессах обмена веществ и ультраструктуре клетки у разных групп организмов привело к пересмотру устоявшихся взглядов. В настоящее время общая схема филогенетических (родственных) отношений между основными группами живых организмов выглядит следующим образом (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Филогенетические отношения между основными группами живых организмов.
Империя неклеточные организмы (Noncellulata) – не имеют морфологически оформленной клетки. Империя включает одно царство вирусы (Virae).
Империя клеточные организмы (Сellulata) –имеют морфологически оформленную клетку. Включает две подимперии.
1. Подимперия доядерные (Procaryota) – не имеют морфологически оформленного ядра. Объединяет два царства:
а) Царство архебактерии (Archaebacteria) – в основе клеточных стенок кислые полисахариды (муреина нет);
б) Царство настоящие бактерии, или эубактерии (Eubacteria) – в основе клеточных стенок – муреин.
2. Подимперия ядерные, или эукариоты (Eucaryota) – имеют морфологически оформленное ядро. Подразделяется на четыре царства:
а) Царство протоктисты (Protoctista) – автотрофы или гетеротрофы; тело не расчленено на вегетативные органы; отсутствует стадия зародыша; гаплоидные или диплоидные организмы; включает водоросли и грибоподобные организмы.
б) Царство животные (Animalia) – гетеротрофы; питание путем заглатывания или всасывания; отсутствует плотная клеточная стенка; диплоидные организмы; имеется чередование ядерных фаз.
в) Царствогрибы (Fungi, Mycota) – гетеротрофы; питание путем всасывания; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой хитин; гаплоидные или дикарионтические организмы; тело не расчленено на органы и ткани.
г) Царстворастения (Plantae) – автотрофы; питание за счет процесса аэробного фотосинтеза; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой целлюлоза; характерно чередование полового (гаметофит) и бесполого поколения (спорофит) с преобладанием диплоидного поколения. К растениям относятся – отделы риниофиты и зостерофиллофиты (ныне вымершие), моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные.
Разделы систематики
Таксономические категории и таксоны, бинарная номенклатура.
Современная систематика подразделяется на несколько связанных между собой разделов:
Наиболее распространенная система, которую сегодня используют ботаники – иерархическая. Она строится по принципу «коробочка в коробочке». Любая ступень иерархии системы называется таксономическим рангом(таксономическая категория). Главным таксономическим рангом является –вид (species). Обычно под биологическимвидом понимают совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средами, и отделенных от других таких же совокупностей особей отсутствием гибридных форм.
Над видом располагаются род (genus), семейство (familia), порядок (ordo), подкласс (subclassis), класс (classis), отдел (divisio) и царство (regnum)(таблица).
Основные таксономические ранги систематикивысших растений и примеры таксонов
Таксономический ранг
Пример таксона
Окончание в латинском названии
Царство
Plantae (Растения)
–
Отдел
Magnoliophyta (Покрытосеменные)
-phyta
Класс
Magnoliopsida (Двудольные)
-opsida
Подкласс
Ranunculidae (Ранункулиды)
-idae
Порядок
Ranunculales (Лютиковые)
-ales
Семейство
Ranunculaceae (Лютиковые)
-aceae
Род
Ranunculus (Лютик)
–
Вид
Ranunculus repens L.
Внутри вида могут быть выделены более мелкие систематические единицы: подвид (subspecies), разновидность (varietas), форма (forma); для культурных употребляется категория – сорт.
Таксон – это реально существовавшие или существующие группы организмов, отнесенные в процессе классификации к определенным таксономическим категориям.
Научные названия всех таксонов, относящихся к таксономическим категориям выше вида, состоят из одного латинского слова (униноминальны) и имеют определенные окончания, которые указывают ранг данного таксона (таблица). Название вида состоит из двух латинских слов (биноминальны). Первое слово – это родовое название, второе – видовой эпитет. Например, сосна лесная (обыкновенная) – Pinus sylvestris.
Правило давать видам растений двойные названия известно как бинарная номенклатура. Введена бинарная номенклатура Карлом Линнеем в1753 г.
Материалы для работы систематиков
Материалом для работы систематиков служат живые растения (или их части), а также растения, которые высушены или фиксированы тем или иным способом.
Обширные коллекции живых растений сосредоточены в ботанических садах. В Европе ботанические сады начали создаваться уже с XIV в.
Процесс высушивания растений прессом и монтировки на бумаге или картоне получил название гербаризация. Слово «гербарий» в средние века означало книгу (травник), которая посвящена растениям. Изобретение гербаризации (в конце XV века) позволило организовать, в ходе ботанических экспедиций и географических путешествий, сбор растений со всего мира. Собранный материал первоначально хранился в частных коллекциях, впоследствии концентрировался в общедоступных хранилищах (также называемых гербариями). В настоящее время, подобные хранилища имеются во всех развитых странах мира, в том числе и в России. В мире функционируют около 1600 крупных научных гербариев с общим гербарным фондом в 230 млн. гербарных образцов. Старейшие гербарии (Петербургский, Парижский, Лондонский) хранят до 5-6 млн. гербарных образцов каждый и представляют собой бесценное национальное достояние, которое документально фиксирует вехи освоения и изучения природы Земли. Гербарные образцы используются для изучения морфологических особенностей растений, экологии и географии видов, для точного установления таксономической принадлежности растений.
Фиксируют растения и их части и в специальных жидких фиксаторах сложного состава (со спиртом или формалином). Используют зафиксированные таким образом растения и их части при анатомических, эмбриологических, цитологических и др. исследованиях.
Методы систематики
Сравнительно-морфологический метод (основной метод систематики) – основан на данных сравнительной морфологии и дает наибольшую информацию о родстве таксонов на уровне вида и рода; с помощью данного метода изучают макроструктуру организмов; метод не требует сложного оборудования.
Сравнительно-анатомический, эмбриологический и онтогенетический методы (варианты сравнительно-анатомического метода) – с их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, особенности гаметогенеза, оплодотворения и развития зародыша, а также характер последующего развития и формирования отдельных органов растений; данные методы требуют совершенной техники (электронной и сканирующей микроскопии).
Сравнительно-цитологический и кариологический методы – позволяют анализировать признаки организмов на клеточном уровне, помогая устанавливать гибридную природу форм и изучать популяционную изменчивость видов.
Палинологический метод – использует данные палинологии (наука, изучающая строение оболочек спор и пыльцевых зерен растений) и позволяет, по хорошо сохраняющимся оболочкам спор и пыльцы, устанавливать возраст вымерших растений.
Эколого-генетический метод – связан с опытами по культуре растений; дает возможность вне зависимости от факторов природной среды изучать изменчивость, подвижность признаков и устанавливать границы фенотипической реакции таксона.
Гибридологический метод – основан на изучении гибридизации таксонов; важен при решении вопросов филогении и систематики.
Географический метод – дает возможность анализировать распространение таксонов и возможную динамику их ареалов (область географического распространения), а также изменчивость организмов, которая связана с географически меняющимися природными факторами.
Помимо указанных выше методов, в систематике используют иммунохимические и физиологические методы, а также данные энтомологии, археологии и лингвистики, которые дают информацию о насекомых вредителях и местах введения в культуру важнейших сельскохозяйственных растений.
7.2. Империя неклеточные организмы (Noncellulata). Царство вирусы (Virae)
Вирусы – это группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, которые размножаются только в клетках живых организмов. Открыты вирусы были в 1892 году русским ботаником Д.И. Ивановским. Данное открытие произошло во время изучения болезни табака, которая проявлялась в появлении пятен на листьях. Болезнь была вызвана вирусом табачной мозаики (рис. 7. 2. 1).
Рис. 7.2.1.Вирус табачной мозаики(А – электронная микрофотография, Б – модель).
Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой – капсидом, состоящим из капсомеров. Размеры вириона различных вирусов – от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).
Вирусы обладают следующими характерными особенностями:
Кроме того, вирусы паразитируют только на определенных хозяевах (растениях, животных, человеке, микроорганизмах); не размножаются в почве, но могут долго сохраняться в ней, если условия исключают их инактивацию; по типу нуклеиновой кислоты, а также биологическим, химическим, физическим свойствам их разделяют на РНК-содержащие и ДНК-содержащие.
Вирусы микроорганизмов названы фагами. Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток (рис. 7.2.2.).
Рис. 7.2.2.Модель фага.
Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса. При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.
Биномина́льная, или бина́рная, или биномиа́льная номенклатура — принятый в биологической систематике способ обозначения видов при помощи двухсловного названия (биномена), состоящего из сочетания двух названий или имен: имени рода и имени вида (согласно терминологии, принятой в зоологической номенклатуре) или имени рода и видового эпитета (согласно ботанической терминологии). Имя рода всегда пишется с большой буквы, имя вида (видовой эпитет) — всегда с маленькой (даже если происходит от имени собственного). В тексте биномен, как правило, пишется курсивом. Имя вида (видовой эпитет) не следует приводить отдельно от имени рода, поскольку без имени рода оно совершенно лишено смысла. В некоторых случаях допускается сокращение имени рода до одной буквы или стандартного сокращения. По установившейся в России традиции, в зоологической литературе получило распространение словосочетание биномиальная номенклатура (от англ. binomial ), а в ботанической — бинарная, или биноминальная номенклатура (от лат. binominalis ).
Содержание
Примеры
Например, в научных названиях Papilio machaon Linnaeus, 1758 (махаона) или Rosa canina Linnaeus, 1753 (шиповника), первое слово — имя рода, к которому принадлежат эти виды, а второе слово — имя вида или видовой эпитет. После биномена нередко помещают сокращенную ссылку на работу, в которой данный вид был впервые описан в научной литературе и снабжен названием, данным согласно определенным правилам. В нашем случае это ссылки на работы Карла Линнея: десятое издание Systema naturae (1758) и Species plantarum (1753).
Возникновение биномиальной номенклатуры
Полиномиальные названия
Биномиальная номенклатура в том виде, в котором она применяется в наше время, сложилась во второй половине XVIII — начале XIX вв. До этого использовались довольно длинные многословные, или полиномиальные названия.
Первые полиномиалы складывались стихийно в ходе составления травников XVI века. Авторы этих сочинений, «отцы ботаники» Отто Брунфельс, Иеронимус Трагус и Леонхарт Фукс, сопоставляя растения Германии с растениями, описанными античными авторами (преимущественно, Диоскоридом), образовывали новые названия путем добавления эпитетов к названиям древних, которые были, как и большинство народных названий, исходно однословны. По мере увеличения числа известных видов растений, полиномиалы росли, доходя порой до полутора десятков слов. Некоторые из них состояли всего из двух слов, но сходство с биномиальной номенклатурой было лишь поверхностным. Это было связано с тем, что концепция рангов систематических категорий и представления о необходимой связи между процедурами классификации и именования получили распространение только в конце XVII столетия.
Лишь в работах Жозефа Питтона де Турнефора (1694) и Августа Бахмана (Ривинуса) (1690-е гг.) была введена сложная система соподчиненных категорий (в частности, были обособлены категории рода и вида в более-менее современном понимании) и впервые применен принцип один род — одно название. Согласно этому принципу названия всех растений, относимых к одному роду, следовало начинать с одного и того же слова или устойчивого словосочетания — имени рода. Имена видов должны были образовываться при помощи добавления к имени рода более или менее многословных видовых отличий (так называемых differenitае specifісае). Поскольку differenita specifica имела диагностическое значение, в ней не было надобности, если род не подразделялся на виды. Название в таких случаях состояло только из имени рода без добавления видового отличия. [1]
Карл Линней: возникновение nomina trivialia
Использование многословных названий на практике было связано с определенными трудностями. Во-первых, они были длинными, во вторых, они были подвержены изменениям: при добавлении в род новых видов, их следовало пересматривать, чтобы они могли сохранять свои диагностические функции. В связи с этим, в отчетах о путешествиях и «экономических» исследованиях о хозяйственном применении растений и животных Линней и его ученики использовали сокращенные наименования. Сначала такие сокращенные наименования состояли из имени рода и номера вида, согласно сочинениям Линнея Flora suecica или Fauna suecica. С середины 1740-х гг. они начали экспериментировать с использованием так называемых тривиальных названий (лат. nomina trivialia ). Впервые они появились в указателе к описанию путешествия на Эланд и Готланд (1745) и затем в Pan Svecicus (каталог растений Швеции с указанием того, какие виды домашнего скота ими питаются) (1749).
В работах Линнея и его ближайших последователей nomina trivialia располагались на полях страницы. Обычай помещать nomen triviale непосредственно за именем рода, как это делается в настоящее время, сложился только к концу XVIII — началу XIX вв. [2]
Первые номенклатурные кодексы
Практика применения биноменов была закреплена первыми номенклатурными кодексами, появившимися в 1840—60-х гг. Необходимость разработки кодексов, регулирующих образование новых названий и применение старых, была связана с нараставшим номенклатурным хаосом. При увеличении числа авторов, недостаточной интенсивности научной коммуникации и ослаблении дисциплинирующего влияния устаревших сочинений Линнея, не соответствовавших номенклатурным практикам того времени, количество новых названий начало нарастать лавинообразно.
Первые номенклатурные правила были разработаны в Англии и приняты на заседании Британской ассоциацией содействия науке (BAAS) в 1842 г. Наиболее деятельное участие в их разработке принял Хьюго Теодор Стриклэнд, английский натуралист, геолог и орнитолог. В ботанике попытку кодификации правил предпринял Альфонс Декандоль, опубликовавший в 1867 г. «Законы ботанической номенклатуры». Позже, в начале XX века на их основе были разработаны международные кодексы зоологической и ботанической номенклатуры (а во второй половине XX века специальные кодексы номенклатуры бактерий и вирусов). Во всех этих кодексах научным названием вида считается биномиальное название, состоящее из имени рода и того, что было изобретено Линнеем и его учениками как nomen triviale. [3]
Первые попытки классификации органического мира сделали Аристотель (384—322 до н.э.) и Теофраст (372—287 до н. э.).
Научную систему классификации растительного и животного мира создали Дж. Рей (1686—1704), К. Линней (1707-1778), завершившие огромный труд ботаников и зоологов первой половины 18 в.
Одна из главных заслуг Линнея заключается также в том, что он ввел в научную систематику принцип биномиальной номенклатуры, согласно которому вид обозначается двумя латинскими названиями (родовым и видовым), уточнил понятие “вид” и установил четкое соподчинение систематических категорий: класс, отряд (порядок), род, вид, разновидность.
Большой вклад в развитие систематики внес Ж. В. Ламарк (1744—1829), разработавший классификацию и систематику растений по естественным признакам и разделивший впервые (1794) всех животных на позвоночных и беспозвоночных.
К началу XVIII века наукой был накоплен большой объём биологических знаний, однако с точки зрения структурирования этих знаний биология существенным образом отставала от других естественных наук, активно развивавшихся в результате научной революции. Определяющим вкладом в устранении этого отставания стала деятельность шведского естествоиспытателя Карла Линнея (1707—1778), который определил и реализовал на практике основные положения научной систематики, что позволило биологии в достаточно короткие сроки стать полноценной наукой.
Чарлз Дарвин предложил понимать естественную систему как результат исторического развития живой природы. Он писал в книге « Происхождение видов »:
Это высказывание положило начало новой эпохе в истории систематики, эпохе филогенетической (то есть основанной на родстве организмов) систематики.
На какие царства принято разделять живые организмы? Названия, особенности, примеры и строение клеток
На нашей планете обитают миллионы видов живых организмов, но знаете ли вы, что они разделены на пять отдельных царств? Некоторые, например животные и растения, видны невооруженным глазом; но другие, такие как бактерии, можно увидеть только под микроскопом. Давайте углубимся в мир пяти царств живой природы и узнаем о них немного больше.
Никто не знает наверняка, когда, как и почему зародилась жизнь на Земле, но 2400 лет назад Аристотель заметил, что все биоразнообразие планеты имеет животное или растительное происхождение. Это первоначальное наблюдение греческого философа было расширено в XIX и XX веках за счет открытия новых царств, в результате чего мы достигли сегодня признания пяти (по некоторым оценкам шести или семи) царств, которые охватывают 8,7 миллиона видов, обитающих на Земле, согласно данным Организации Объединенных Наций по окружающей среде.
Что такое царство в биологии?
Система биологических царств – это способ, которым наука классифицирует живые организмы в соответствии с их происхождением в ходе эволюции. Это означает, что все виды, составляющие пять царств имеют общих предков и, следовательно, имеют общие гены и принадлежат к одному генеалогическому древу.
Помимо царств живых организмов, в рамках той же системы классификации существуют другие таксономические категории, такие как, например, домен, тип, класс, порядок, семейство, род и вид. Все они следуют иерархическому порядку и зависят друг от друга, поэтому некоторые категории включают другие. Таким образом, домен включает в себя царство, царство – тип, тип – класс и так далее.
Характеристики царств живых организмов
Все виды в определенном царстве имеют схожие характеристики с точки зрения их роста и способа функционирования. Теперь давайте посмотрим, откуда берутся семейные отношения, определяющие царства живой природы:
Царства живых организмов
Царство Животных
Царство животных считается наиболее развитым и делится на две большие группы – позвоночные и беспозвоночные. Животные является многоклеточными гетеротрофными эукариотами (клетки содержат ядра и мембраносвязанные органеллы) с аэробным дыханием, половым размножением и способностью двигаться.
Это царство – одно из самых разнообразных и включает в себя млекопитающих, рыб, птиц, рептилий, амфибий, насекомых, паукообразных, моллюсков, кольчатых червей и другие организмы.
Царство Растений
Деревья, кустарники, травы и другие виды растительности составляют часть царства Растения – одного из старейших, характеризующихся прикрепленным образом жизни, многоклеточной и эукариотической клеточной организацией.
Эти автотрофные организмы, клетки которых имеют плотную целлюлозную оболочку и хлорофилл, необходимы для жизни на Земле, поскольку они выделяют кислород посредством фотосинтеза. Что касается их способа размножения, то оно может быть как половым, так и бесполым.
Царство Грибов
Грибы важны для повторного использования питательных веществ в окружающей среде. Они разлагают органические вещества на простые элементы, которые могут усваивать растения и животные.
В то время как некоторые виды грибов содержат токсины, которые смертельны для животных и людей, другие имеют полезное применение, например, для производства пенициллина и связанных с ним антибиотиков.
Царство Бактерий
Это царство микроскопических живых существ, объединяющее прокариот (бактерий и архей). Эта группа присутствует во всех средах обитания и состоит из одноклеточных организмов без оформленного клеточного ядра и других внутренних мембранных органелл.
Большинство бактерий являются аэробными и гетеротрофными, тогда как археи обычно анаэробны, а их питание осуществляется посредством хемосинтеза.
Царство Протисты
Протисты – парафилетическая группа эукариотических организмов. Члены этого очень разнообразного царства, как правило, одноклеточные и менее сложные по строению, чем другие эукариоты. В поверхностном смысле эти организмы часто описываются на основе их сходства с другими группами эукариот: животными, растениями и грибами. Протисты не имеют много общих характеристик, но классифицируются вместе, потому что не вписываются ни в одно из других царств живой природы.
Разделение живых организмов на пять царств остается наиболее распространенным на сегодняшний день, хотя последние достижения в области генетических исследований предложили новые изменения и вновь открыли дискуссию среди экспертов. Так обстоит дело с шестым царством Карла Уэза и Джорджа Фокса, которые в 1977 году разделили бактерий на два царства (археи и бактерии), и седьмым царством Кавалье-Смита, который добавил новую группу к предыдущим шести для водорослей под названием Хромисты.