Систематика — это наука, изучающая биологическое разнообразие на планете

Основы систематики. Систематика растений

Основы систематики. Наука о распределении организмов на группы по степени родства называется, систематикой, а место того или иного организма в системе – классификацией.

Основателем систематики является К. Линней. Все растения относятся к одному царству. Царство растений делится на 2 подцарства: низшие и высшие растения.

К низшим растениям относятся водоросли. Некоторые из них имеют простое одноклеточное строение. Другие, хотя и являются многоклеточными, не имеют корней, стеблей и листьев.

К высшим растениям относятся моховидные, плауновидные, хвощевидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные.

Признаки высших растений. Большинство высших растений имеют ткани и органы. Вегетативные органы – корни, стебли и листья – выполняют функции питания и взаимодействия с окружающей средой. Генеративные органы (цветки) служат для полового размножения. Моховидные, плауновидные, хвощевидные и папоротниковидные растения размножаются спорами. Голосеменные и покрытосеменные растения размножаются семенами. Семена покрыты плотной оболочкой и содержат запасы питательных веществ и многоклеточный зародыш. Хотя растения и разделяются па высшие и низшие, все они относятся к царству растений. Клетки низших и высших растений схожи по строению и жизнедеятельности. Все они способны к фотосинтезу при наличии хлорофилла.

Систематика растений. При изучении растений сходные друг с другом виды объединяют в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки, порядки – в классы, классы – в отделы, отделы – в царство (рис.1,2):

Рис.1 Основные систематические категории растений

Таким образом, систематика – ото наука о степени родства организмов. Принадлежащие к определенной группе растения произошли от общих предков. У родов один общий вид – предок. Эти группы образовывались постепенно, в течение длительного времени, в результате приспособления к различным внешним условиям.

Вид – наименьшая единица в систематике, он объединяет растения, схожие по 4 признакам: 1) общее строение; 2) сходные экологические условия и общая территория обитания (ареал); 3) схожесть жизненных процессов, например скорость роста; 4) скрещиваемость и способность давать потомство.

К самой распространенной на земле группе растений относятся покрытосеменные, или цветковые. По строению семян, стеблей и листьев они подразделяются на два класса: однодольные и двудольные. Например, всем известный картофель (паслен клубненосный) относится к роду паслен, семейству пасленовых, порядку норичниковых, классу двудольных, отделу покрытосеменных. Вид лук репчатый относится к роду лук, семейству луковых, порядку лилейных, классу однодольных, отделу покрытосеменных растений.

Как и всем живым организмам, растениям свойственны такие процессы, как обмен веществ, питание, дыхание, размножение, рост и развитие, раздражимость. Им ; характерны все виды размножения. При классификации растения делят на группы. Самая большая единица царства – подцарство. Основными считаются следующие: вид —> род —> семейство —> порядок —> класс —> отдел —> царство. Вид – наименьшая единица системы. При определении вида растения учитывается множество факторов: общее строение; сходные экологические условия и общий ареал; схожесть жизненных процессов; скрещиваемость и качество потомства.

Значение

Систематика играет центральную роль в биологии, предоставляя средства для характеристики изучаемых организмов. Благодаря классификации, отражающей эволюционные отношения, появляется возможность предсказывать и проверять различные гипотезы. Филогенез может быть полезен для прогнозирования данных об истории жизни недостаточно хорошо изученных биологических групп.

Биологическая систематика изучает диверсификации всех живых форм прошлого и настоящего, а также отношения между ними. Дендрограммы видов и высших таксонов используются для изучения эволюционных признаков (например, анатомических или молекулярных характеристик) и показывают распределение организмов (биогеография). Систематика просто необходима для понимания эволюционной истории жизни на планете Земля.

[править] Цели и принципы систематики

Стремясь к созданию полной системы (классификации) органического мира, систематика опирается на эволюционный принцип и данные всех биологических дисциплин

Определяя место организмов в системе органического мира, систематика имеет важное теоретическое и практическое значение, позволяя ориентироваться в огромном разнообразии живых существ

Систематика неразрывно связана с теорией эволюции. Особая функция Систематики состоит в создании практической возможности ориентироваться во множестве существующих видов животных (около 1,5 млн.), растений (около 350—500 тыс.) и микроорганизмов. Это относится и к вымершим видам.

Систематика животных и Систематика растений имеют одни задачи и много общего в методах исследования. Вместе с тем им свойственны и некоторые специфические особенности, связанные с самим характером организмов.

Основные цели систематики это

• наименование (в том числе и описание) таксонов,
• диагностика (определение места в системе),
• экстраполяция (то есть предсказание признаков объекта), основывающаяся на том, что объект относится к тому или иному таксону.

Основными таксонами являются

• царство
  • тип (отдел)
    • класс
      • отряд (порядок)
        • семейство
          • род

            вид

Каждая предыдущая группа в этом списке объединяет несколько последующих (так, семейство объединяет несколько родов и, в свою очередь, принадлежит к какому-либо отряду или порядку). По мере перехода от высшей иерархической группы к низшей степень родства возрастает. Для более детальной классификации используются вспомогательные единицы, названия которых образуются прибавлением к основным единицам приставок «над-» и «под-».

Только виду можно дать относительно строгое определение, все остальные таксономические группы определяются достаточно произвольно.

Два вида систематики

Существуют два близкородственных и перекрывающихся уровней классификации: таксономический (известный как система Линнея) и филогенетический.

• Таксономические классификации групп живых существ на основе общих черт. Например, животных, которые откладывают яйца и имеют чешуйки, мы называем рептилиями, а животных, которые имеют живорожденных и мех или волосы, мы называем млекопитающими.
• Филогенетические классификации используют таксономические названия и показавают, как группы организмов эволюционно связаны друг с другом. Например, гориллы более тесно связаны с людьми, чем с тараканами.

Систематика животных — это наука, изучающая и классифицирующая все биологическое разнообразие фауны. Если провести аналогию с человеческими отношениями, то любое живое существо имеет имя (таксономическая классификация), а также определенную степень родства с другими организмами. Например, шимпанзе и макака будут, образно говоря, братьями, их дядей будет горилла, человек будет их дальним родственником, а вот с тараканом они и вовсе не будут знакомы (филогенез). Систематика растений — это наука, изучающая огромное разнообразие растительного мира.

Основные задачи науки

Эти цели и основные постулаты всегда лежат в основе систематической разработки и являются аксиомами науки при изучении:

• разделить множество элементов растительного и животного мира на подчиненные группы естественного происхождения (таксоны);
• дать рациональное название и описать организмы;
• выяснить эволюционные связи между таксонами и взаимодействие;
• диагностировать сведения об органическом экземпляре и дать ему место в системе;
• экстраполировать и предсказать невидимые, но явные по смыслу признаки объекта, например, кишечную систему у грызунов, к которым отнесен экземпляр из-за существования у него определенного строения резцов и клыков;
• систематизировать собранные сведения о кустарниковых и древесных растениях в рамках дендрологии.

Предположения, относящиеся к теории систематики, звучат так:

• все организмы, живущие в окружающем мире, могут быть отнесены к определенной структуре;
• структура основана на принципе подчинения одних видов другим организмам (иерархия);
• все элементы структуры и их систематизация познаются до конца, следовательно, можно выстроить цельную и всеобъемлющую систему естественной органики.

Филогенетическая систематика (эволюционная)

Этот вид систематики учитывает анатомические, морфологические характеристики представителей, но и принимает во внимание общность и особенность видового растительного происхождения. Развитие морфологии привело к тому, что искусственная систематика отдала пальму первенства совокупной естественной схеме

Но от полностью естественной эту классификацию отличает то, что она не учитывает изменение видов в процессе эволюции.

Многие авторы продолжали верить в неизменность видов. В естественной системе разрастания многие экземпляры объединяются на основании родства, под которым имеется в виду не родство по происхождению, а только внешняя схожесть. Из-за этого естественная систематика объединяла сходные вершины различных филогенетических ответвлений или аналогичные эволюционные этапы. Таким образом, естественная систематика возводила свои границы поперек эволюционного течения, а ее выводы предвосхищали результаты эволюционной систематики.

После того, как в биологии восторжествовала эволюционная идея, естественная симптоматика переквалифицировалась в филогенетическую, наступил новый период ее развития. В преобразованной систематике появились новые термины, и наука стала преследовать другие цели. Основной ее задачей является построение такой системы, которая сможет увязать между собой родственные и эволюционные отношения между растениями или живыми организмами. Систематика в современных условиях развивается при использовании сведений от других биологических наук, использует фактические материалы, сведения, результаты исследований.

Все животные и растения должны иметь принадлежность к определенной категории. При систематизации ученые часто выделяют различные дополнительные категории, пользуюсь приставками под-, инфра-, над-. Это в классификации звучит так: инфракласс, подтип, надкласс и др. Это не относится к обязательным правилам, при определении объекта к категории их можно опустить.

Используют и другие слова: раздел, когорта, триба, секция и другие. Эти категории имеют принадлежность при систематизации отдельных таксонов, например, насекомых. Любой из таксонов имеет ранг, то есть относится к конкретной категории, при этом учитывается, что понятие ранга определяет соответствие таксонов друг другу.

Диагностика таксонов заключается, прежде всего, в разработке таблиц для определения организмов в рамках определительного ключа. В настоящее время почти вся фауна и флора планеты охвачена системой определенных характеристик на основе такого деления.

Морфологическая система

В этой схеме на первом месте стоят морфологические характеристики растительности. Морфологическая систематика — раздел биологии, классифицирующий живые организмы по сходным признакам. Это свидетельствуют о возникновении первой системы «естественного» отбора, основа которой положена в 1789 году. Если судить по существу, то систематика не являлась полностью естественной, так как в ее таксоны входят виды, имеющие похожие морфологические характеристики, но не отличающиеся единым происхождением.

Морфологическая система строится как бы вразрез с эволюцией, но в частных положениях предвосхищает многие современные догмы эволюционной системы. Бок о бок с систематикой находится наука морфология растений, классифицирующая представителей флоры по индивидуальному и историческому развитию:

• в узком охвате морфология изучает внешнее строение растений,
• в широких рамках включает анатомические сведения, внутреннее строение, эмбриологию, цитологию,
• специальные морфологические разделы созданы для выделения растений в отдельные дисциплины в связи с их теоретическим или прикладным значением.

Современные системы классификации включают эволюционную, сравнительную и экологическую морфологию.

[править] История систематики

Система пяти царств Уиттекера (авторский рисунок)

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.

Со времён Аристотеля биологи делят органический мир на растения и животных, получивших в системе Линнея латинские названия Vegetabilia и Animalia. Это традиционное деление сохранилось до наших дней и вошло почти во все учебные пособия по биологии.

В году Робертом Уиттекером была предложена система пяти царств, завоёвывающая сейчас всё больше и больше сторонников. Прокариоты у него по-прежнему объединены в одно царство Monera. Примитивные эукариоты, не имеющие тканевой дифференциации (простейшие, водоросли, слизевики), объединены в царство Protista. Всё, что осталось от растений, (мхи, папоротники и семенные растения) составило царство Plantae, все высшие классы грибов – царство Fungi, все многоклеточные животные – царство Animalia.

Наименование и описание таксонов

К началу XX века в систематике оформилось семь основных таксономических категорий:

• царство — regnum
• тип — phylum (у растений отдел — divisio)
• класс — classis
• отряд (у растений порядок) — ordo
• семейство — familia
• род — genus
• вид — species

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). Обычно названия таксонов формируются с помощью стандартных суффиксов.

Полная иерархия рангов с суффиксами или обозначениями

Русское название	Международное наименование	Животные	Растения	Грибы	Бактерии	Археи
отрядA/порядок	ordo	-iformes, -ida	-ales
подотрядA/подпорядок	subordo	+	-ineae	—
инфраотрядA/инфрапорядок	infraordo	+	-aria	—
парвотрядA (микротряд)	parvordo	+	—
секцияA	sectio	+	—
подсекцияA	subsectio	+	—
гига-/мега-/гранд-/гиперсемействоA	?	+	—
надсемейство	suprafamilia	-oidea	-acea	—
эписемействоA	epifamilia	-oidae	—
семейство	familia	-idae	-aceae
подсемейство	subfamilia	-inae	-oideae	—
инфрасемейство	infrafamilia	-odd	+	—
надтриба	supratribus	+	+	—
триба	tribus	-ini	-eae	—
подтриба	subtribus	-ina	-inae	—
инфратриба	infratribus	-ad	+	—
род	genus	+	+	+	+	+
подрод	subgenus	—	subgen., subg.	?	—	—
надсекция	supersectio	—	supersect.	?	—	—
секция	sectio	—	sect.	?	—	—
подсекция	subsectio	—	subsect.	?	—	—
ряд (серия)	series	—	ser.	?	—	—
подряд (подсерия)	subseries	—	subser.	?	—	—
надвид	supraspecies	+	+	?	?	—
вид	species	+	+	+	+	+
подвид	subspecies	subsp./ssp.	subsp./ssp.	subsp. (по крайней мере, для дрожжей)	—	—
varietas	var.	var.	var.	var.	—
подразновидность	subvarietas	—	subvar.	?	?	—
форма	forma	— (морфа/форма?)	f.	?	?	—
подформа	subforma	—	subf.	?	?	—

Примечания:

• Жирным отмечены основные ранги. Плюсом отмечено, если таксон употребляется в классификации данного царства, но обозначения определённого нет.
• A — только в зоологии.
• В отряде Чешуекрылые выделяют несколько дополнительных промежуточных между подотрядом и надсемейством таксонов (например, англ. series, англ. group, англ. division). См., например, таксоны Monotrysia и Microlepidoptera.

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).

Каждый таксон обязательно должен иметь ранг, то есть относиться к какой-либо из перечисленных категорий. Таким образом, ранг — это мера соответствия таксонов друг другу; например, семейство Капустные и семейство Кошачьи — сопоставимые категории. Нет, однако, общепринятого способа вычисления ранга, и поэтому разные систематики выделяют ранги по-разному.

[править] Примечания

Большой Энциклопедический словарь

Таксон, группа дискретных объектов, связанных той или иной степенью общности свойств и признаков и благодаря этому дающих основание для присвоения им определённой таксономической категории

В систематике и таксономии важно чёткое различение терминов «таксон» и «таксономическая категория». Таксон всегда характеризует конкретную совокупность объектов (органического мира, единиц географического описания, языка и т. п.), тогда как таксономическая категория выражает лишь обозначение и логические условия выделения данного уровня иерархии или ранга организации системы

(БСЭ)

Хотя некоторые авторы считают, что Типу в царстве животных соответствует Подотдел в царстве растений.

эпитета

Современные разработки

В настоящее время принято, чтобы классификация там, где это допустимо, следовала принципам эволюционизма.

Обычно биологические системы создаются в виде списка, в котором каждая строчка соответствует какому-нибудь таксону (группе организмов). С 1960-х развивается направление систематики, называемое «кладистика» (или филогенетическая систематика), которое занимается упорядочиванием таксонов в эволюционное дерево — кладограмму, то есть схему взаимоотношений таксонов. Если таксон включает всех потомков некой предковой формы, он является монофилетическим. В. Хенниг формализовал процедуру выяснения предкового таксона, и в своей кладистической систематике положил в основу классификации кладограмму, строящуюся при помощи компьютерных методик. Это направление является ныне ведущим в странах Европы и США, особенно в сфере геносистематики (сравнительного анализа ДНК и РНК).

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 была предложена 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 архей (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.

Эволюция систем классификации

Геккель (1894)Три царства	Уиттекер (1969)Пять царств	Вёзе (1977)Шесть царств	Вёзе (1990)Три домена	Кавалье-Смит (1998)Два доменаи семь царств
Животные	Животные	Животные	Эукариоты	Эукариоты	Животные
Растения	Грибы	Грибы	Грибы
Растения	Растения	Растения
Протисты	Протисты	Хромисты
Протисты	Простейшие
Монеры	Археи	Археи	Прокариоты	Археи
Бактерии	Бактерии	Бактерии