Что такое систематика в биологии определение кратко
Задания таксономии
Разнообразие животных и растений классифицируются с использованием принципов, которые вытекают из строгой логики (здравого смысла), и знаний особенностей их строения, биологии, распространения. Систематика должна решить две основных задачи:
С самого начала (не менее 300 лет) систематика растений и животных пребывает в состоянии молодой науки (в отличие от географии или ботаники, например). До сих пор описываются новые типы, радикально меняется классификация многих крупных групп, регулярно появляются новые методы и подходы к построению классификации.
Основные направления
Ж. Кювье основал науку палеонтологию и неопровержимыми фактами доказал, что животные Земли неоднократно радикально менялись. Объяснение этим изменениям дала эволюционная теория. Со времён публикации «Происхождение видов» Ч. Дарвина эта теория стала руководящей при изучении животных. Сейчас ни один натуралист не сомневается в основных положениях трансформизма: мир животных развивается и изменяется, и современные животные — потомки организмов прошлых геологических эпох.
В течение последних 50 лет в систематике сформировалось 4 основных направления:
Таксономический анализ
Учёный Карл Линней предложил иерархическую схему из пяти категорий: класс, ряд, род, вид и вариетет. Например, человек расположился в классификации К. Линнея в такой последовательности:
На сегодняшний день наивысшим рангом группировки всех живых существ является домен или надцарство. Такое название термина предложил Карл Вёзе в 1990 году.
Таксономический анализ представляет собой распределение признаков между таксонами, на основании которого таксоны группируются в надтаксоны. Фактически, это анализ таксонов и их выдающихся признаков.
Первый этап — составление таблицы таксон/признак. Такую таблицу приходится делать всем практикующим систематикам, будь то кладисты, или типологи, или представители других направлений.
Способы, которыми такая таблица превращается в классификацию, сильно отличается в разных школах. Таксоны группируются по два или более на основании подобия и различия. Равноценные признаки можно подсчитывать с помощью формул и сравнивать количество общих признаков и отличительных черт у разных таксонов. Если признаки считаются неравноценными, то больший вес может предоставляться или более давним примитивным, или более молодым и производным. Корреляция между признаками может учитываться или не учитываться.
Группировкам таксонов, которые вышли, предоставляется ранг соответственно с традициями, разветвлениями эволюционных линий, геологическим возрастом, соотношением между величиной хиатуса и числом представителей.
«Линнеевская» систематика
В «Философии ботаники» Линней писал, что сначала он выделял таксоны интуитивно, а потом уже оформлял своё убеждение в классификацию, обнаруживая природные, существенные и искусственные признаки.
После составления таблицы таксонов и признаков нужно найти «природный признак» — совокупность признаков, которые совпадают во всех подтаксонах (например, в видах внутри рода, в родах внутри семейства). Таким образом, для нахождения природного признака рода сравниваются списки особенностей разных видов. Вычёркиваются все признаки, которые не совпадают.
Природные признаки представляют собой описание таксона. Они включают в себя самые обычные и распространённые признаки, характерные для таксонов более высоких рангов. Например, самым природным признаком какого-либо рода является клеточное строение, какого-либо рода в составе типа хордовых — наличие хорды.
Природные признаки, в свою очередь, содержат в себе существенные и искусственные признаки. Существенный признак служит для различия таксонов в системе органического мира. Искусственный признак разграничивает род всего лишь от других родов такого же искусственного порядка. Это заменитель существенного признака, пока тот не найден. Существенные и искусственные признаки служат для разграничения родов, а природные — для их описания.
Традиционная классификация
Для обозначения таксонов, ранг которых ещё неясен, используются такие нейтральные термины, как фенон, форма, группа.
Фенон — фенотипически однородная выборка особей. Самцы и самки могут принадлежать к разным фенонам; в случае видов-двойников к одному фенону могут относиться представители нескольких видов.
Термин «форма» может применяться, когда неизвестно, идёт ли речь про вид или подвид, или про экземпляр, который уклоняется, сезонную вариацию или касту. Термин используется также, когда речь идёт о нескольких таксонах разных рангов (например, вид и подвид).
Группа — виды, которые не имеют статуса подрода.
Понятие вида
Вид — основная систематическая категория. Это единственная таксономическая категория, объективное существование которой не поддаётся сомнению и подвергается экспериментальной проверке. Именно вид является исходной единицей систематики организмов.
Считается, что самостоятельные виды должны быть генетически изолированы. Особи, репродуктивно изолированные друг от друга, относятся к разным видам. Способные скрещиваться между собой должны быть отнесены к одному виду. Если генетическая изоляция доказана, то доказана и самостоятельность вида.
Однако репродуктивный критерий сложно использовать на практике при обработке коллекционных материалов. В практической работе для разграничения близких видов используется тройной критерий. Его применение позволяет надёжно определить, когда имеется дело с самостоятельными видами, а когда — с внутренне видовой изменчивостью (географической, гостальной, индивидуальной).
Морфологический критерий
Этот критерий позволяет, не проводя экспериментов по скрещиванию, оценить, являются ли две формы репродуктивно изолированными в природе.
Хиатус — выразительный разрыв в морфологических признаках, то есть отсутствие промежуточных вариантов между двумя формами. Противоположное понятие — трансгрессия: это перекрытие морфологических признаков, то есть наличие промежуточных вариантов.
Если две формы имеют хиатус в каких-нибудь морфологических характеристиках, то они, скорее всего, репродуктивно изолированы, а, значит, должны быть отнесены к разным видам. Если виды действительно самостоятельные, хиатус определяется даже между видами-двойниками.
Географический параметр
Если две близкие формы, разделённые хиатусом, имеют самостоятельные ареалы (расположение), которые не перекрываются, скорее всего, они являются самостоятельными видами. Если же две очень близкие формы, разделённые морфологическим хиатусом, встречаются совместно, то не исключено, что в иерархии они должны быть отнесены к одному виду.
Экологический признак
Каждый вид владеет большей или меньшей экологической специфичностью. Только в сказке К. Чуковского «рыбы по полю гуляют, жабы по небу летают». Очень маленькая вероятность, что один вид будет существовать и в пустыне, и на болоте. Птицы, которые гнездятся в дуплах, не могут гнездиться в песчаной пустыне.
Классификация растений и животных до сих пор не развалилась только из-за консервативности большинства систематиков. В каждом направлении существуют интересные методы и подходы, которые можно использовать в практической работе.
систематика
(от греч. systematikos— упорядоченный, относящийся к системе), раздел биологии, задачей к-рого является описание и обозначение всех существующих и вымерших организмов, а также их классификация по таксонам (группировкам) разл. ранга. Опираясь на данные всех разделов биологии, особенно на эволюц. учение, С. служит базой для мн. биол. наук. Особое значение С. заключается в создании возможности ориентирования во множестве существующих видов организмов. С. осн. групп органич. мира — прокариот и эукариот — имеют одни и те же основы и задачи и много общего в методах исследования. Вместе с тем разл. разделам С. свойствен ряд особенностей, связанных со спецификой разных групп организмов. С. часто разделяют на таксономию, понимая под ней теорию классификации организмов, и собственно С. в указанном выше широком смысле. Иногда термин «таксономия» используют как синоним С. С. использует для классификации не только отд., частные (морфологич., физиол., биохимич., экологические и др.) признаки, характеризующие организмы, но и всю их совокупность. Чем полнее учитываются разл. особенности организмов, тем в большей мере выявляемое С. сходство отражает родство (общность происхождения) организмов, объединяемых в тот или иной таксон. Напр., несмотря на поверхностное сходство летучей мыши с птицей (как летающих теплокровных позвоночных), летучая мышь— млекопитающее, т. е. относится к др. классу. Если же сравнивать птиц и млекопитающих с другими, более отдалёнными организмами, напр., из др. типов, важно уже не различие, а общность плана их строения как позвоночных. Кактусы и молочаи, напр., сходны, хотя относятся к разным семействам; однако и те и другие объединяются в класс двудольных растений. Попытки классификации организмов известны с древности (Аристотель, Теофраст и др.), однако основы С. как науки заложены в работах Дж. Рея (1686— 1704) и особенно К. Линнея (1735 и позже). Первые науч. системы растений и животных были искусственными, т. е. объединяли организмы в группы по сходным внеш. признакам и не придавали значения их родств. связям. Учение Ч. Дарвина (1859 и позднее) придало уже сложившейся С. эволюц. содержание. В дальнейшем главным направлением в её развитии стало эволюционное, стремящееся наиб. точно и полно отразить в естественной (или филогенетической) системе генеалогические отношения, существующие в природе. Кроме эволюционного в совр. С. существуют кладистическое (филогенетическое) и численное (фенетическое) направления. Кладистич. С. определяет ранг таксонов в зависимости от последовательности обособления отд. ветвей (кладонов) на филогенетич. древе, не придавая значения диапазону эволюц. изменений в какой-либо группе. Так, млекопитающие у кладистов — не самостоят, класс, а таксон, соподчинённый пресмыкающимся. Численная, или нумерическая, С. прибегает к математич. обработке данных по множеству произвольно выделенных признаков организмов, придавая каждому одинаковое значение. Классификация строится на основании степени различий между отд. организмами, определяемой таким методом. Основным, наиб. распространённым методом С. остаётся сравнительно-морфологический. Вместе с тем в С. используют новые методы, напр. электронной микроскопии; изучение тонкого строения хромосом привело к развитию кариосистематики. С сер. 20 в. в С. используют биохимич. данные (хемосистематика, или хемотаксономия). Сравнит, изучение аминокислотной последовательности в важнейших белках у разных групп организмов, нуклеотидного состава ДНК и РНК (геносистематика) и др. позволяют дополнять систематич. характеристику и выяснять взаимоотношения групп. Важное значение для С. животных имеют разл. поведенческие (этологические) особенности, к-рые иногда гораздо лучше характеризуют видовые признаки, чем отд. детали строения. Применение совр. методов, а также широкое изучение популяционной структуры вида вывели С. на новый этап её развития. Всестороннее изучение любого объекта требует, прежде всего, знания положения этого объекта относительно других, а также филогенетич. отношений с ними. Представление о систематич. отношениях видов обязательно также в генетич. и биохимич. исследованиях. Важна С. в экологии и биогеографии, где в поле зрения исследователя обычно находится сразу много видов. Стратиграфия и геохронология основаны прежде всего на С. ископаемых животных и растений. Огромное значение имеет С. в организации охраны живой природы.
Систематика живых организмов
Человек, познавая окружающий мир, всегда стремится уловить сходство и различия между явлениями, выявить между ними связь и установить соподчиненность, то есть привести их в систему. Такая систематизация не только облегчает процесс познания, но и поднимает его на новую ступень.
В биологии, где ученым приходится иметь дело с великим многообразием живых организмов, систематика приобрела особое значение, превратившись из вспомогательного инструмента познания в отдельную биологическую дисциплину.
Принцип классификации
Классификация (систематика) в биологии — это система, распределяющая живые организмы по степени родства. Понятие «вид» в систематике первым ввел К. Линней. Он назвал видом совокупность особей, «сходных, как дети одних родителей» и способных давать плодовитое потомство. Сходные виды объединяются в род.
Карл Линней (1707—1778) — шведский естествоиспытатель и натуралист, создавший первую удачную систематику растений и животных, объединив их в группы по внешним признакам. Линней первым ввел бинарную номенклатуру, установил четкую иерархию между систематическими категориями, которых он выделили 4: вид, род, отряд, класс. Ученый разделил растительный мир на 24 класса, животный — на 6 классов (млекопитающие, птицы, гады, объединявшие земноводных и пресмыкающихся, рыбы, черви, насекомые). Человека он отнес к животному миру, включив в класс млекопитающих.
Линней дал каждому виду организмов латинское название, состоящее из двух слов, первое из которых означает название рода, а второе — вида, то есть ввел бинарную номенклатуру. Например, заяц-русак получил название Lepus timidus, где Lepus — название рода (заяц), timidus — название вида (трусливый). В род Lepus входят и другие виды зайцев. В наши дни латынь, как язык науки, сдала свои позиции, но по-прежнему каждый новый вид живых организмов получает научное название на латыни. Это помогает избежать путаницы, ведь одно и то же растение или животное на разных языках часто называется по-разному.
Основные группы
Вид — это основная единица в системе классификации живых организмов. Особи разных видов, как правило, в природе не скрещиваются, однако изредка встречаются межвидовые гибриды растений или животных. Близкородственные виды группируются в более крупную систематическую единицу — род. У Линнея сходные роды объединялись в отряды (у животных) или порядки (у растений), а те — в классы. После Линнея систематика продолжала развиваться. Ж. Кювье разделил всех животных на 4 большие группы, назвав их ветвями, но А. Бенвиль предложил для них более удачный термин — «тип». Тип — это высшая систематическая категория, объединяющая классы.
Позднее между родом и отрядом (порядком) была введена категория «семейство». В результате получилось 6 основных категорий: тип, класс, отряд, семейство, род, вид. Некоторые роды состоят из сотен и даже тысяч видов (например, у насекомых), а некоторые — лишь из одного (род выхухоль). Поэтому и разные типы включают различное количество живых организмов.
Современная наука
Линней считал, что все виды организмов созданы Богом и остаются неизменными. Он объединял их в более крупные категории по сходству некоторых признаков, но не учитывал, что порой внешнее сходство обманчиво, и нередко относил к одной группе совершенно неродственные организмы. То есть классификация Линнея была искусственной, и многие ее положения позже были пересмотрены.
Над созданием естественной классификации, которая, подобно генеалогическому древу, должна отражать происхождение организмов, ученые работают до сих пор. Новейшие исследования приводят к появлению новых видов и родов. Часто оказывается, что некоторые формы занимают промежуточное положение между какими-нибудь группами. Поэтому пришлось ввести промежуточные категории, и появились подвиды и надвиды, подклассы и надклассы и т. д. При этом и число видов, и состав основных групп сильно варьируются в зависимости от взглядов ученых-систематиков.
Биологическая систематика
Содержание
Цели и принципы систематики
Основные цели систематики:
Систематика всегда предполагает, что:
Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Различные уровни иерархии (ранги) имеют собственные названия (от высших к низшим): царство, тип или отдел, класс, отряд или порядок, семейство, род и, собственно, вид. Виды состоят уже из отдельных особей.
Принято, что любой конкретный организм должен последовательно принадлежать ко всем семи категориям. В сложных системах часто выделяют дополнительные категории, например, используя для этого приставки над- и под- (надкласс, подтип и т. п.). Каждый таксон должен иметь определённый ранг, то есть относиться к какой-либо таксономической категории.
Этот принцип построения системы получил название Линнеевской иерархии, по имени шведского натуралиста Карла Линнея, труды которого были положены в основу традиции современной научной систематики.
Сравнительно новым является понятие надцарства, или биологического домена. Оно было предложено в 1990 Карлом Вёзе и ввело разделение всей биомассы Земли на три домена: 1) эукариоты (домен, объединивший все организмы, клетки которых содержат ядро); 2) бактерии; 3) археи.
История систематики
В 1172 году арабский философ Аверроэс сделал сокращённый перевод трудов Аристотеля на арабский язык. Его собственные комментарии были утеряны, но сам перевод дошёл до наших дней на латыни.
Большой вклад сделал швейцарский профессор Конрад Геснер (1516—1565).
Эпоха великих открытий позволила учёным существенно расширить знания о живой природе. В конце XVI — начале XVII веков начинается кропотливое изучение живого мира, вначале направленное на хорошо знакомые типы, постепенно расширившееся, пока, наконец, не сформировался достаточный объём знаний, составивший основу научной классификации. Использование этих знаний для классификации форм жизни стало долгом для многих известных медиков, таких как Иероним Фабриций (1537—1619), последователь Парацельса Педер Сёренсен [en] (1542—1602, известен также как Петрус Северинус), естествоиспытатель Уильям Гарвей (1578—1657), английский анатом Эдвард Тайсон (1649—1708). Свой вклад сделали энтомологи и первые микроскописты Марчелло Мальпиги (1628—1694), Ян Сваммердам (1637—1680) и Роберт Гук (1635—1702).
Английский натуралист Джон Рей (1627—1705) опубликовал важные работы по растениям, животным и натуральной теологии. Подход, использованный им при классификации растений в его «Historia Plantarum», стал важным шагом по направлению к современной таксономии. Рей отверг дихотомическое деление, которое использовалось для классификации видов и типов, предложив систематизировать их по схожести и отличиям, выявленным в процессе изучения.
Линней
Линней использовал в классификации четыре уровня (ранга): классы, отряды, роды и виды. Введённый Линнеем метод формирования научного названия для каждого из видов используется до сих пор (применявшиеся ранее длинные названия, состоящие из большого количества слов, давали описание видов, но не были строго формализованы). Использование латинского названия из двух слов — название рода, затем видовой эпитет — позволило отделить номенклатуру от таксономии. Данное соглашение о названиях видов получило наименование «бинарная номенклатура».
После Линнея
В конце XVIII века Антуан Жюссьё ввёл категорию семейства, а в начале XIX века Жорж Кювье сформулировал понятие о типе животных. Вслед за этим категория, аналогичная типу, — отдел — была введена для растений.
Чарлз Дарвин предложил понимать естественную систему как результат исторического развития живой природы. Он писал в книге «Происхождение видов»:
…общность происхождения и есть та связь между организмами, которая раскрывается перед нами при помощи наших классификаций.
Дарвин предположил, что наблюдаемая таксономическая структура, в частности, иерархия таксонов, связана с их происхождением друг от друга. Так возникла эволюционная систематика, ставящая во главу угла выяснение происхождения организмов, для чего используются как морфологические, так и эмбриологические и палеонтологические методы.
Наименование и описание таксонов
К началу XX века в систематике оформилось семь основных таксономических категорий:
Любое растение или животное должно последовательно принадлежать ко всем семи категориям. Часто систематики выделяют дополнительные категории, используя для этого приставки под- (sub-), инфра- (infra-) и над- (super-), например: подтип, инфракласс, надкласс. Такие категории обязательными не являются, то есть при систематизации объекта их можно пропустить. Кроме того, часто выделяются и другие категории: раздел (divisio) между подцарством и надтипом у животных, когорта (cohors) между подклассом и надпорядком, триба (tribus) между подсемейством и родом, секция (sectio) между подродом и видом, и так далее. Часто такие категории используются лишь в систематике каких-то конкретных таксонов (например, насекомых).
Для того чтобы избежать синонимии (то есть разных названий одного и того же таксона) и омонимии (то есть одного названия для разных таксонов), в настоящее время номенклатура регулируется номенклатурными кодексами, позволяющими деление на уровни (см. Ранг (биологическая систематика)),— отдельно для растений, животных и микроорганизмов. Во всех номенклатурных кодексах используются три основные принципа номенклатуры: приоритета, действительного обнародования и номенклатурного типа. Кроме того, названия всех таксонов должны даваться по-латыни (от латинских и греческих корней либо от личных имён или народных названий), а название вида должно быть бинарным, то есть состоять из названия рода и видового эпитета. Например, латинское название картофеля — Solanum tuberosum L. (последнее слово обозначает автора названия — в данном случае это Карл Линней; в зоологии часто ставят ещё и год действительного обнародования).
Диагностика таксонов
Под диагностикой понимают прежде всего составление таблиц для определения организмов (так называемых определительных ключей). Со времён Ж. Б. Ламарка наибольшее распространение получили дихотомические ключи, в которых каждый пункт (ступень) разделён на тезу и антитезу, снабжённые указаниями о том, к какой ступени нужно перейти дальше. Сейчас почти вся флора и фауна Земного шара охвачена определительными ключами.
Иерархия
Современные разработки
В настоящее время принято, чтобы классификация там, где это допустимо, следовала принципам эволюционизма.
Р. Сокэл и П. Снит в 1963 году основали так называемую численную (нумерическую) систематику, в которой сходство между таксонами определяется не на основании филогении, а на основании математического анализа максимально большого количества признаков, имеющих одинаковое значение (вес).
Домены — относительно новый способ классификации. Трёхдоменная система изобретена в 1990 году, однако до сих пор не принята окончательно. Большинство биологов принимает эту систему доменов, однако значительная часть продолжает использовать пятицарственное деление. Одной из главных особенностей трёхдоменного метода является разделение археев (Archaea) и бактерий (Bacteria), которые ранее были объединены в царство бактерий. Существует также малая часть учёных, добавляющих археев в виде шестого царства, но не признающих домены.
Сегодня систематика принадлежит к числу бурно развивающихся биологических наук, включая всё новые и новые методы: методы математической статистики, компьютерный анализ данных, сравнительный анализ ДНК и РНК, анализ ультраструктуры клеток и многие другие.