Кто заложил основу научной классификации живых организмов какие принципы положены ученым в ее основу

Обновлено: 02.05.2024

Биологи́ческая система́тика — научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы. Под классификацией здесь понимается описание и размещение в системе всех существующих и вымерших организмов [1] .

Цели и принципы систематики

Завершающим этапом работы систематика, отражающим его представления о некой группе живых организмов, является создание Естественной Системы. Предполагается, что эта система, с одной стороны, лежит в основе природных явлений, с другой стороны, является лишь этапом на пути научного исследования. В соответствии с принципом познавательной неисчерпаемости природы естественная система недостижима [2] .

Основные цели систематики:

  • наименование (в том числе и описание) таксонов,
  • диагностика (определение, то есть нахождение места в системе),
  • экстраполяция, то есть предсказание признаков объекта, основывающееся на том, что он относится к тому или иному таксону. Например, если на основании строения зубов мы отнесли животное к отрядугрызунов, то можем предполагать, что у него имеется длинная слепая кишка и стопоходящие конечности, даже если нам неизвестны эти части тела.

Систематика всегда предполагает, что:

Эти предположения, лежащие в основе любой таксономической работы, можно назвать аксиомами систематики [1] .

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).

Линней

Порядок есть подразделение классов, вводимое для того, чтобы не разграничивать роды в числе большем, чем их легко может воспринять разум.
Карл Линней

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 [4] .

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.

…общность происхождения и есть та связь между организмами, которая раскрывается перед нами при помощи наших классификаций.

Это высказывание положило начало новой эпохе в истории систематики, эпохе филогенетической (то есть основанной на родстве организмов) систематики [1] .

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:

  • 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).

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 [1] .

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.

Со времени античных натурфилософов происходило накопление описаний различных живых организмов – растений, животных, грибов. Люди видели, что одни организмы похожи между собой, другие – нет. Объяснить это с научной точки зрения они не могли. Но возникла необходимость упорядочить накопленную сумму знаний (объем информации). Поэтому полностью закономерным стало возникновение такой отрасли естествознания, как систематика.

Систематика – это наука, изучающая многообразие организмов на Земле, их классификацию и эволюционные взаимоотношения.

Главной задачей систематики было создание стройной системы видения органического мира с учетом взаимосвязей живых организмов, их происхождения и развития.

Успешное развитие систематики позволяет ученым предположить наличие тех или иных черт живых организмов на основе их принадлежности к определенной группе (таксону). Благодаря успехам современной систематики мы можем прогнозировать развитие живых организмов в будущем.

Развитие систематики

Как и любая отрасль человеческих знаний, систематика прошла длительный период развития и становления как науки. В прошлом систематика основывалась на констатации внешних морфологических признаков живых организмов и их географическом распространении. В настоящее время систематики широко используют также признаки внутреннего строения растений и животных, особенности строения клеток, их хромосомного аппарата, а также химический состав и экологические особенности живых организмов.

Это была первая естественная система, которая отражала упорядоченность, имеющуюся в природе.

Готовые работы на аналогичную тему

Эпоха Великих Географических Открытий обогатила ученый мир знаниями о новых формах живых организмов, существенно расширив границы человеческих знаний.

Английский ученый Джон Рей заложил теоретические основы научной классификации живых организмов. Он предложил систематизировать их по схожести и отличиям, обнаруженным в процессе изучения.

Выдающуюся роль в создании стройной системы органического мира сыграл шведский ученый Карл Линней.

Карл Линней. Краткая историческая справка

Родился Карл Линней $23$ мая $1707$ года в Швеции, в семье деревенского священника. Уже в детские годы маленький Карл проявлял интерес к растениям. Родители хотели, чтобы их сын стал священником. Но юноша не проявлял никакого желания стать пастором. Поэтому родители разрешили ему изучать медицину в Лундском, затем – в Уппсальдском университетах.

По окончании университета Линней преподавал в ботаническом саду Уппсальского университета, изучал флору Лапландии, Голландии, островов Балтийского моря и южной Швеции, написал ряд работ по систематике растений. За свои заслуги Карл Линней в $1761$ году был произведен в дворянское сословие. Скончался Линней $10$ января $1778$ года.

Идеи Карла Линнея позволили создать единую систему классификации растений и животных. Предложенные им принципы классификации отличались простотой и удобством. Поэтому они широко использовались ботаниками и зоологами разных стран.

Систематика Линнея. Ее значение

Основой своей системы Карл Линней считал вид как элементарную единицу живой природы. Будучи верующим человеком, он считал виды живых организмов созданными творцом и неизменными. Правда, в конце жизни, Линней допускал возможность некоторых вариаций видов.

Карл Линней описал примерно $10$ тысяч видов растений. Почти $1500$ из них были открыты им самим. Кроме того он описал более $4000$ видов животных.

Линней окончательно ввел в систематику унифицированную бинарную (двойную) номенклатуру. Он сформулировал четкое представление о виде, как основной единице классификации, о дискретности вида и его устойчивости.

Виды Линней объединял в роды, роды – в отряды, отряды – в классы. За основу в классификации растений было взято строение цветка (количество тычинок). Всего Линней выделил $24$ класса растений и $6$ классов животных. Кроме того он разработал систему описания – четкие критерии, что существенно облегчило систематизацию.

Бинарная номенклатура, предложенная Линнеем, состояла из двух слов. Первое слово означало название рода, второе – видовое название. Но ради справедливости следует сказать, что предложенная Линнеем классификация была искусственной. Он часто брал не комплекс признаков. А всего один. Это приводило к тому, что он объединял в одну группу растения, которые не имели ничего общего. Например, морковь объединил со смородиной (пять тычинок в цветке), а злаковые он отнес к разным классам из-за разного количества тычинок.

По своим убеждениям он был креационистом и метафизиком. Он отвергал возможность изменения видов и их количества. Но это не умаляет заслуги Карла Линнея перед наукой. Наверное лучшей оценкой наследия Карла Линнея стали слова К.И. Тимирязева:

Нить Ариадны для ботаники – классификация,
без которой – хаос.

Карл Линней

Что же такое биологическая систематика?

Начнём с определений. Это наука о видовом разнообразии живых организмов. Это научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы.

Классификация – это описание и размещение в системе всех существующих и вымерших организмов.

Основные цели систематики:

1) наименование таксонов и описание их характерных признаков,
2) диагностика (определение), то есть нахождение места в системе),
3) экстраполяция, то есть предсказание признаков объекта, основывающееся на том, что он относится к тому или иному таксону.

Карл Линней

Карл Линней (1707-1778),
шведский естествоиспытатель
(ботаник, зоолог, минералог) и медик,
автор классификации растительного
и животного мира.
Карл Линней в научной экспедиции
в Лапландии

Важнейшими понятиями в систематике является таксон и таксономическая категория. Таксон – это группа организмов, связанных любой степенью родства и обособленная от других подобных групп. Это совокупность организмов, имеющих общие признаки, которые отличают их от других организмов. Отдельная особь (т.е. индивид) принадлежит к определённому таксону, но не является таксоном. Примеры таксонов: беспозвоночные, прямокрылые, клопы, муравьи, шмель земляной Bombus terrestris.

Таксономическая категория, или ранг – понятие, введенное для обозначения уровней в классификации различных соподчинённых групп живых организмов. Линнеевская иерархическая система – расположение таксономических категорий в ряд последовательно соподчинённых уровней.

Примеры основных таксономических категорий: надцарство (домен), царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид.

В чём разница между понятиями таксон и таксономическая категория? В том, что, когда говорится об отдельном таксоне, то рассматривается конкретная группа живых организмов. Если говорится о таксономической категории (ранге), то рассматривается уровень в классификации, или степень подчинения в иерархии. В зависимости от степени родства любая группа живых организмов одновременно относится к нескольким различным таксономическим категориям – вид, род, семейство, класс и так далее.

Титульная страница книги Карла Линнея

Титульная страница книги
Карла Линнея

По мнению К. Линнея, класс Amphibia включал рептилий и амфибий, а класс Vermes был смешанной группой, включавшей червей, пиявок, слизней, морских огурцов, морских звёзд и некоторых других животных.

Карлом Линнеем каждый отряд был разделен на роды, а каждый род – на виды. Карл Линней первым ввёл биноминальные (двойные) научные названия для живых организмов, состоящие из латинских названий рода и вида.

Карл Линней, например, выделил такие роды животных, как Leo, Ursus, Hippopotamus, Homo (лев, медведь, гиппопотам, человек) и другие. Интересно, что Карл Линней дал видовое название и человеку – Homo sapiens (человек разумный). Царство растений было разбито К. Линнеем на 24 Класса.

Чарльз Дарвин

Чарльз Дарвин
(1809 – 1882)

Но, кроме того, Ч. Дарвин опубликовал два тома по систематике усоногих раков, описав около 150 новых видов. Многочисленные коллекции Чарльза Дарвина были использованы и другими исследователями в Британском музее естественной истории для описания новых видов животных и растений. Развитие идей Ч. Дарвина нашло своё выражение в современной синтетической теории эволюции органического мира.

Каково же современное таксономическое подразделение живых организмов? Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Введены понятия:

таксонов высшего порядка, а именно: надцарство (домен), царство, тип (у растений – отдел), класс, отряд (у растений – порядок), семейство, род;

и таксонов низшего порядка – вид. Виды состоят уже из отдельных особей.

Ещё сравнительно недавно все живые организмы подразделяли на два царства – животные и растения. Э. Геккель (1894) выделял три царства – животные, растения и протисты. Позднее, согласно работам Р. Уиттекера (1969), Л. Маргелис и К. Шварц (1982) выделили пять царств –

четыре царства эукариот (животные, растения, грибы, протисты)

и царство прокариот (бактерии, сине-зелёные водоросли). Вирусы не соответствовали ни одной из групп в данной классификации живых организмов.

Сейчас, по системе Т. Кавалье-Смит (1998) выделяют два надцарства (домена): эукариоты и прокариоты.

Надцарство эукариот было разделено на 5 царств: животные, растения, грибы, хромисты и протисты).

Надцарство прокариот разделено на 2 царства: археи и эубактерии. Как видим, в разделении царств живых организмов даже и сейчас идут споры специалистов.

Скульптура Карла Линнея в г. Стокгольме

Автор статьи у скульптуры Карла Линнея
в г. Стокгольме

Вид (по-латыни species) — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфо-физиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид – это реально существующая генетически неделимая единица живого мира, это основная структурная единица в системе организмов.

Каково же значение биологической систематики в современном мире? Даже и сейчас в XXI веке животный и растительный мир Земли продолжает хранить свои тайны, особенно в глубинах океана. Учёные-зоологи и сейчас описывают новые, неизвестные ранее для науки виды животных, а ботаники продолжают открывать новые виды растений. Причём, новые виды животных могут быть довольно крупных размеров.

Например, совсем недавно, в 1999 году, учёными был описан новый вид кистепёрой рыбы (Latimeria menadoensis), живущий в море недалеко от берегов о. Суматра (Индонезия). Ранее был известен только один вид кистепёрой рыбы (Latimeria chalumnae), обитающий в водах Индийского океана, около юго-восточной части Африки и о.Мадагаскар.

В 2009 году на о. Сардиния (Италия) учёными впервые за последние 100 лет на территории Европы был найден новый вид млекопитающего (грызуна).

По результатам экспедиций зоологов из Австралии в 2005–2006 гг. на территории Папуа Новая Гвинея (о. Новая Гвинея) было найдено и описано несколько видов млекопитающих, около 100 видов земноводных, более 200 видов насекомых и других животных.

Что уже говорить о насекомых, имеющих мелкие размеры! Так, ежегодно исследователи насекомых (энтомологи) находят и описывают сотни новых для науки видов насекомых. Причём, как из трудно доступных тропических лесов Африки, Южной Америки и Юго-Восточной Азии, Австралии, так и из зон умеренного климата, из тех мест Европы, Азии, Северной Америки, которые, казалось бы, исхожены вдоль и поперёк и хорошо изучены.

Описания новых видов насекомых позволяют не только закрепить новые названия за неизвестными ранее живыми организмами, но также и дать более полную экологическую характеристику их мест обитания. Многие природные районы и места обитания животных и растений в тропиках и других регионах подвергаются сильному антропогенному прессу, а поэтому могут скоро исчезнуть или уже практически исчезают и разрушаются у нас на глазах. Поэтому очень важно изучить и описать те живые организмы, которые находятся под угрозой исчезновения. Например, биология редкого жука-дровосека Titanus giganteus даже в наше время ещё не известна.

Кроме того, описания новых видов насекомых позволяют выявлять новые, ранее неизвестные виды вредителей и прогнозировать их дальнейшее распространение как видов-вселенцев (интродуцентов) на новых территориях. Например, недавно появившийся в Европе и уже широко распространившийся по Украине вид опасного вредителя – каштановой моли (Cameraria ohridella). Этот вид был обнаружен и описан совсем недавно, в 1989 году, а ранее был неизвестен. Другой опасный вредитель, кукурузный жук-диабротика (Diabrotica virgifera), – пока ещё карантинный вид. Этот вид сейчас уже широко расселился в Закарпатье, куда проник в последние годы из Европы.

Систематики могут помочь решить вопросы диагностики и тех видов живых организмов, с которыми человек сталкивается при практическом использовании. Например, украинским зоологом, кандидатом биологических наук С. Утевским (Харьковский госуниверситет) совместно с доктором наук П. Тронтельджи (США) были исследованы многочисленные пробы широко используемой якобы медицинской пиявки (Hirudo medicinalis L.). В результате же анализа ДНК было установлено, что пробы содержали четыре разных вида пиявок, плохо различимых по морфологическим признакам.

Голова богомола

Голова богомола

Интересно, что систематики дают иногда весьма необычные названия новым видам живых организмов. Например, австралийский энтомолог Александр Жиро (A. Girault) присваивал самые необычные имена новым видам насекомых в честь выдающихся людей, например, учёных (вид copernici, род Davincia), композиторов (beethoveni, brahmsi, chopini, haydni, listzi, mozarti, schumanni, род Mozartella), поэтов и писателей (homeri, vergilii, plutarchi, shakespearei, shakespearella, goethei, роды Plutarchia, Shakesperia и Goethella), античных философов (aesopi, herodoti, heracliti, plinii, machiaveli) и политиков (caesar, brutus, ulianovi, lenini, stalini, marxi, liebknechti, garibaldia, роды Marxiana и Marxella). Кроме того, например, недавно энтомологами были описаны паразитические наездники с такими необычными названиями – Tshudo yudo и Hacuna matata. Примеров с подобными названиями довольно много.

Кодексом установлено правило выделения типового материала, по которому описывается данный организм. Выделяется один типовой экземпляр, который обозначается как голотип, а серия того же вида – паратипы. Типовой материал должен храниться не в частной коллекции, а в музее, где он может быть доступен для исследования.

Как учёные регистрируют и описывают новые виды животных и растений?

Медоносная пчела

Медоносная пчела

Оказываются, во многих случаях, сейчас они идут практически по пути К. Линнея и Ч. Дарвина, то есть они публикуют научные статьи, в которых приводят длинные сложные морфологические описания новых видов организмов и обычно их чёрно-белые рисунки или фото.

Кроме того, современные достижения в молекулярно-генетических методах исследования позволили учёным использовать сравнение уникальных последовательностей нуклеотидов в структуре ДНК (или кратко, ДНК-последовательностей) для целей систематики живых организмов.

Во многих случаях именно сравнение ДНК-последовательностей позволяет точно разграничить виды живых организмов, ранее неотличимых или плохо различимых по их морфологическим признакам.

Для проведения молекулярно-генетического ДНК анализа необходима проба белка живого организма. Для такого исследования пробы обычно сохраняются в 96% спирте, но иногда можно использовать и сухой материал (например, всего лишь сухие части животного или растения из музейной коллекции).

Современные описания впервые найденных животных, растений, грибов и других организмов сопровождаются уже не только детальными морфологическими описаниями, а и кариологическими, биохимическими, этологическими и молекулярно-генетическими исследованиями. Вместе с морфологическими описаниями прилагаются также описания ДНК-последовательностей, а также современные цифровые фотографии деталей строения. В настоящее время фотографии многих живых организмов, их морфологические описания и данные их ДНК-последовательностей размещаются в базах данных, общедоступных для всех исследователей через Интернет.

Голова мухи

Голова мухи

Большое значение имеет вопрос доступности и ясности информации в описаниях живых организмов. Многие публикации по систематике выходят на французском, испанском, немецком, португальском, русском и других языках. Однако, сейчас специалисты-систематики всё чаще печатают свои работы не только на русском, итальянском, китайском или японском языках, а на английском языке. Публикации работ по систематике и описания живых организмов на английском языке позволяют им быть более понятными для всех, быть широко цитируемыми, а это даёт возможность использовать их по всему миру.

Как могут бизнесмены помочь учёным-зоологам?

Даже сейчас, в XXI веке систематики всего мира находят и описывают новые виды живых и вымерших организмов из различных уголков мира. Наверняка, украинские зоологи и ботаники с удовольствием бы назвали новые виды животных и растений в честь тех меценатов, которые поддержали бы их экспедиционные поездки и исследования. Например, украинские энтомологи могли бы найти новые виды ос, наездников, жуков и бабочек в районах тропической Африки и Юго-Восточной Азии, где есть ещё девственные, нетронутые человеком участки природы. В таких местах даже сейчас могут быть найдены и впервые описаны сотни видов новых растений, грибов и разных животных, причём насекомых, вероятно, даже тысячи новых видов. Однако, к сожалению, в настоящее время учёные из Украины могут посетить такие места для исследований только в мечтах или при поддержке иностранных государств, но не Украины.

Какое будущее у биологической систематики?

И в настоящее время биологическая систематика сохраняет своё важнейшее значение для морфологии, биологии развития, биогеографии, эволюции и палеонтологии. И в XXI веке систематика живых организмов остаётся серьёзной наукой, помогающей правильно классифицировать виды и понять эволюцию живой природы.

Современный обмен информацией и новые технологии позволяют более точно и быстро решить вопросы о видовой принадлежности исследуемых живых организмов. Это помогает избежать или уменьшить количество ошибок при идентификации видов и сохранить подход к систематике как к точной науке и фундаментальной части науки о живом.

В.Н. Фурсов , кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института зоологии НАН Украины

Нить Ариадны для ботаники – классификация,
без которой – хаос.

Карл Линней

Что же такое биологическая систематика?

Начнём с определений. Это наука о видовом разнообразии живых организмов. Это научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы.

Классификация – это описание и размещение в системе всех существующих и вымерших организмов.

Основные цели систематики:

1) наименование таксонов и описание их характерных признаков,
2) диагностика (определение), то есть нахождение места в системе),
3) экстраполяция, то есть предсказание признаков объекта, основывающееся на том, что он относится к тому или иному таксону.

Карл Линней

Карл Линней (1707-1778),
шведский естествоиспытатель
(ботаник, зоолог, минералог) и медик,
автор классификации растительного
и животного мира.
Карл Линней в научной экспедиции
в Лапландии

Важнейшими понятиями в систематике является таксон и таксономическая категория. Таксон – это группа организмов, связанных любой степенью родства и обособленная от других подобных групп. Это совокупность организмов, имеющих общие признаки, которые отличают их от других организмов. Отдельная особь (т.е. индивид) принадлежит к определённому таксону, но не является таксоном. Примеры таксонов: беспозвоночные, прямокрылые, клопы, муравьи, шмель земляной Bombus terrestris.

Таксономическая категория, или ранг – понятие, введенное для обозначения уровней в классификации различных соподчинённых групп живых организмов. Линнеевская иерархическая система – расположение таксономических категорий в ряд последовательно соподчинённых уровней.

Примеры основных таксономических категорий: надцарство (домен), царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид.

В чём разница между понятиями таксон и таксономическая категория? В том, что, когда говорится об отдельном таксоне, то рассматривается конкретная группа живых организмов. Если говорится о таксономической категории (ранге), то рассматривается уровень в классификации, или степень подчинения в иерархии. В зависимости от степени родства любая группа живых организмов одновременно относится к нескольким различным таксономическим категориям – вид, род, семейство, класс и так далее.

Титульная страница книги Карла Линнея

Титульная страница книги
Карла Линнея

По мнению К. Линнея, класс Amphibia включал рептилий и амфибий, а класс Vermes был смешанной группой, включавшей червей, пиявок, слизней, морских огурцов, морских звёзд и некоторых других животных.

Карлом Линнеем каждый отряд был разделен на роды, а каждый род – на виды. Карл Линней первым ввёл биноминальные (двойные) научные названия для живых организмов, состоящие из латинских названий рода и вида.

Карл Линней, например, выделил такие роды животных, как Leo, Ursus, Hippopotamus, Homo (лев, медведь, гиппопотам, человек) и другие. Интересно, что Карл Линней дал видовое название и человеку – Homo sapiens (человек разумный). Царство растений было разбито К. Линнеем на 24 Класса.

Чарльз Дарвин

Чарльз Дарвин
(1809 – 1882)

Но, кроме того, Ч. Дарвин опубликовал два тома по систематике усоногих раков, описав около 150 новых видов. Многочисленные коллекции Чарльза Дарвина были использованы и другими исследователями в Британском музее естественной истории для описания новых видов животных и растений. Развитие идей Ч. Дарвина нашло своё выражение в современной синтетической теории эволюции органического мира.

Каково же современное таксономическое подразделение живых организмов? Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Введены понятия:

таксонов высшего порядка, а именно: надцарство (домен), царство, тип (у растений – отдел), класс, отряд (у растений – порядок), семейство, род;

и таксонов низшего порядка – вид. Виды состоят уже из отдельных особей.

Ещё сравнительно недавно все живые организмы подразделяли на два царства – животные и растения. Э. Геккель (1894) выделял три царства – животные, растения и протисты. Позднее, согласно работам Р. Уиттекера (1969), Л. Маргелис и К. Шварц (1982) выделили пять царств –

четыре царства эукариот (животные, растения, грибы, протисты)

и царство прокариот (бактерии, сине-зелёные водоросли). Вирусы не соответствовали ни одной из групп в данной классификации живых организмов.

Сейчас, по системе Т. Кавалье-Смит (1998) выделяют два надцарства (домена): эукариоты и прокариоты.

Надцарство эукариот было разделено на 5 царств: животные, растения, грибы, хромисты и протисты).

Надцарство прокариот разделено на 2 царства: археи и эубактерии. Как видим, в разделении царств живых организмов даже и сейчас идут споры специалистов.

Скульптура Карла Линнея в г. Стокгольме

Автор статьи у скульптуры Карла Линнея
в г. Стокгольме

Вид (по-латыни species) — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфо-физиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид – это реально существующая генетически неделимая единица живого мира, это основная структурная единица в системе организмов.

Каково же значение биологической систематики в современном мире? Даже и сейчас в XXI веке животный и растительный мир Земли продолжает хранить свои тайны, особенно в глубинах океана. Учёные-зоологи и сейчас описывают новые, неизвестные ранее для науки виды животных, а ботаники продолжают открывать новые виды растений. Причём, новые виды животных могут быть довольно крупных размеров.

Например, совсем недавно, в 1999 году, учёными был описан новый вид кистепёрой рыбы (Latimeria menadoensis), живущий в море недалеко от берегов о. Суматра (Индонезия). Ранее был известен только один вид кистепёрой рыбы (Latimeria chalumnae), обитающий в водах Индийского океана, около юго-восточной части Африки и о.Мадагаскар.

В 2009 году на о. Сардиния (Италия) учёными впервые за последние 100 лет на территории Европы был найден новый вид млекопитающего (грызуна).

По результатам экспедиций зоологов из Австралии в 2005–2006 гг. на территории Папуа Новая Гвинея (о. Новая Гвинея) было найдено и описано несколько видов млекопитающих, около 100 видов земноводных, более 200 видов насекомых и других животных.

Что уже говорить о насекомых, имеющих мелкие размеры! Так, ежегодно исследователи насекомых (энтомологи) находят и описывают сотни новых для науки видов насекомых. Причём, как из трудно доступных тропических лесов Африки, Южной Америки и Юго-Восточной Азии, Австралии, так и из зон умеренного климата, из тех мест Европы, Азии, Северной Америки, которые, казалось бы, исхожены вдоль и поперёк и хорошо изучены.

Описания новых видов насекомых позволяют не только закрепить новые названия за неизвестными ранее живыми организмами, но также и дать более полную экологическую характеристику их мест обитания. Многие природные районы и места обитания животных и растений в тропиках и других регионах подвергаются сильному антропогенному прессу, а поэтому могут скоро исчезнуть или уже практически исчезают и разрушаются у нас на глазах. Поэтому очень важно изучить и описать те живые организмы, которые находятся под угрозой исчезновения. Например, биология редкого жука-дровосека Titanus giganteus даже в наше время ещё не известна.

Кроме того, описания новых видов насекомых позволяют выявлять новые, ранее неизвестные виды вредителей и прогнозировать их дальнейшее распространение как видов-вселенцев (интродуцентов) на новых территориях. Например, недавно появившийся в Европе и уже широко распространившийся по Украине вид опасного вредителя – каштановой моли (Cameraria ohridella). Этот вид был обнаружен и описан совсем недавно, в 1989 году, а ранее был неизвестен. Другой опасный вредитель, кукурузный жук-диабротика (Diabrotica virgifera), – пока ещё карантинный вид. Этот вид сейчас уже широко расселился в Закарпатье, куда проник в последние годы из Европы.

Систематики могут помочь решить вопросы диагностики и тех видов живых организмов, с которыми человек сталкивается при практическом использовании. Например, украинским зоологом, кандидатом биологических наук С. Утевским (Харьковский госуниверситет) совместно с доктором наук П. Тронтельджи (США) были исследованы многочисленные пробы широко используемой якобы медицинской пиявки (Hirudo medicinalis L.). В результате же анализа ДНК было установлено, что пробы содержали четыре разных вида пиявок, плохо различимых по морфологическим признакам.

Голова богомола

Голова богомола

Интересно, что систематики дают иногда весьма необычные названия новым видам живых организмов. Например, австралийский энтомолог Александр Жиро (A. Girault) присваивал самые необычные имена новым видам насекомых в честь выдающихся людей, например, учёных (вид copernici, род Davincia), композиторов (beethoveni, brahmsi, chopini, haydni, listzi, mozarti, schumanni, род Mozartella), поэтов и писателей (homeri, vergilii, plutarchi, shakespearei, shakespearella, goethei, роды Plutarchia, Shakesperia и Goethella), античных философов (aesopi, herodoti, heracliti, plinii, machiaveli) и политиков (caesar, brutus, ulianovi, lenini, stalini, marxi, liebknechti, garibaldia, роды Marxiana и Marxella). Кроме того, например, недавно энтомологами были описаны паразитические наездники с такими необычными названиями – Tshudo yudo и Hacuna matata. Примеров с подобными названиями довольно много.

Кодексом установлено правило выделения типового материала, по которому описывается данный организм. Выделяется один типовой экземпляр, который обозначается как голотип, а серия того же вида – паратипы. Типовой материал должен храниться не в частной коллекции, а в музее, где он может быть доступен для исследования.

Как учёные регистрируют и описывают новые виды животных и растений?

Медоносная пчела

Медоносная пчела

Оказываются, во многих случаях, сейчас они идут практически по пути К. Линнея и Ч. Дарвина, то есть они публикуют научные статьи, в которых приводят длинные сложные морфологические описания новых видов организмов и обычно их чёрно-белые рисунки или фото.

Кроме того, современные достижения в молекулярно-генетических методах исследования позволили учёным использовать сравнение уникальных последовательностей нуклеотидов в структуре ДНК (или кратко, ДНК-последовательностей) для целей систематики живых организмов.

Во многих случаях именно сравнение ДНК-последовательностей позволяет точно разграничить виды живых организмов, ранее неотличимых или плохо различимых по их морфологическим признакам.

Для проведения молекулярно-генетического ДНК анализа необходима проба белка живого организма. Для такого исследования пробы обычно сохраняются в 96% спирте, но иногда можно использовать и сухой материал (например, всего лишь сухие части животного или растения из музейной коллекции).

Современные описания впервые найденных животных, растений, грибов и других организмов сопровождаются уже не только детальными морфологическими описаниями, а и кариологическими, биохимическими, этологическими и молекулярно-генетическими исследованиями. Вместе с морфологическими описаниями прилагаются также описания ДНК-последовательностей, а также современные цифровые фотографии деталей строения. В настоящее время фотографии многих живых организмов, их морфологические описания и данные их ДНК-последовательностей размещаются в базах данных, общедоступных для всех исследователей через Интернет.

Голова мухи

Голова мухи

Большое значение имеет вопрос доступности и ясности информации в описаниях живых организмов. Многие публикации по систематике выходят на французском, испанском, немецком, португальском, русском и других языках. Однако, сейчас специалисты-систематики всё чаще печатают свои работы не только на русском, итальянском, китайском или японском языках, а на английском языке. Публикации работ по систематике и описания живых организмов на английском языке позволяют им быть более понятными для всех, быть широко цитируемыми, а это даёт возможность использовать их по всему миру.

Как могут бизнесмены помочь учёным-зоологам?

Даже сейчас, в XXI веке систематики всего мира находят и описывают новые виды живых и вымерших организмов из различных уголков мира. Наверняка, украинские зоологи и ботаники с удовольствием бы назвали новые виды животных и растений в честь тех меценатов, которые поддержали бы их экспедиционные поездки и исследования. Например, украинские энтомологи могли бы найти новые виды ос, наездников, жуков и бабочек в районах тропической Африки и Юго-Восточной Азии, где есть ещё девственные, нетронутые человеком участки природы. В таких местах даже сейчас могут быть найдены и впервые описаны сотни видов новых растений, грибов и разных животных, причём насекомых, вероятно, даже тысячи новых видов. Однако, к сожалению, в настоящее время учёные из Украины могут посетить такие места для исследований только в мечтах или при поддержке иностранных государств, но не Украины.

Какое будущее у биологической систематики?

И в настоящее время биологическая систематика сохраняет своё важнейшее значение для морфологии, биологии развития, биогеографии, эволюции и палеонтологии. И в XXI веке систематика живых организмов остаётся серьёзной наукой, помогающей правильно классифицировать виды и понять эволюцию живой природы.

Современный обмен информацией и новые технологии позволяют более точно и быстро решить вопросы о видовой принадлежности исследуемых живых организмов. Это помогает избежать или уменьшить количество ошибок при идентификации видов и сохранить подход к систематике как к точной науке и фундаментальной части науки о живом.

В.Н. Фурсов , кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института зоологии НАН Украины

Читайте также: