Основные подходы в биологической систематике. Особенности строения растений Объект изучения систематики
В настоящее время на Земном шаре зарегистрировано более 2,5 миллионов видов животных и ежегодно эта цифра увеличивается на десятки тысяч. Ориентироваться в этом многообразии видов помогает биологи́ческая система́тика . 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. Основная цель систематики - изучение разнообразия животных организмов и построения естественной системы животных, т.е. системы отражающей естественный ход эволюции.
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.
«Углублённое изучение уже известных групп, всё более разъясняя их взаимные соотношения, будет требовать других сопоставлений или, точнее сказать, перестановки членов. Нам кажется, что естественная система всегда будет подвергаться постоянным изменениям, так как каждая попытка может быть выполнена только в связи с состоянием научных знаний своего времени.» - К. М. Бэр
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 отряду грызунов, то можем предполагать, что у него имеется длинная слепая кишка и стопоходящие конечности, даже если нам неизвестны эти части тела.
Систематика всегда предполагает, что:
окружающее нас разнообразие живых организмов имеет определённую внутреннюю структуру,
эта структура организована иерархически, то есть разные таксоны последовательно подчинены друг другу,
эта структура познаваема до конца, а значит, возможно построение полной и всеобъемлющей системы органического мира («естественной системы»).
Эти предположения, лежащие в основе любой таксономической работы, можно назвать аксиомами систематики.
Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Различные уровни иерархии (ранги) имеют собственные названия (от высших к низшим): царство, тип, класс, отряд, 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.
Характерная особенность человеческого ума - это его стремление познавать окружающий мир во всем его многообразии, потребность систематизировать, группировать явления по их сходству или различию в соподчиненные категории. Если бы множество фактов не собиралось в классифицированную систему, невозможно было бы ни запомнить их, ни тем более осмыслить. Даже самый изощренный мозг систематика не может запомнить более нескольких тысяч названий. Однако все однородные биологические явления природы обладают в силу большего или меньшего родства большим или меньшим сходством. Градации сходства или различия находят свое выражение в групповых объединениях, также связанных единством происхождения. Так, например, среди шмелей мы различаем много видов: лесной, луговой, садовый, каменный и т. д. Все они различаются видовыми признаками, но все объединяются родовыми- все они шмели и составляют род Bombus и подсемейство шмелиных (Bombinae).
В семействе пчелиных есть другие подсемейства (Bombinae, Andreninae и др.)» объединяемые в группу Mellifera отряда перепончатокрылых (Hymenoptera)- один из 33 отрядов класса насекомых, а этот последний отличается группой признаков, выделяющих его среди типа членистоногих (Arthropoda). Таким образом, любое животное имеет видовое название и относится к определенным роду, семейству, отряду, классу и типу животных, а этот тип в свою очередь вместе с другими типами составляет царство животных, отличное по ряду признаков от царства растений и микробов.
Вероятно, нет ни одной области науки, техники и искусства, в которой не использовалась бы в большей или меньшей степени классификация. В определенном аспекте она отражает все достижения в данной области человеческого знания и в значительной степени выражает высоту достигнутого ею уровня.
Систематика нужна, прежде всего, потому, что она сводит в систему все многообразие живого и дает возможность легко находить в этой системе место для нового факта. Систематика дает наиболее точную характеристику объекта экспериментальных и биологических исследований, без чего само исследование теряет значительную долю, а часто и весь смысл, так как биологические свойства, которыми обладает определенный вид, могут быть не свойственны другому, даже очень близкому виду.
Система дает яркую картину филогенетического развития животного мира, отражая родственные связи между отдельными группами и предоставляя возможность решать одну из наиболее важных в теоретическом и практическом отношении проблем биологии - проблему возникновения новых видов, а также и других систематических категорий . Какой бы биологический вопрос мы ни взяли, нам, прежде всего, необходима точная классификационная характеристика избранных нами объектов и общие представления о происхождении и развитии той группы, к которой они относятся. Систематику справедливо называют математикой биологии. Следует при этом отметить, что отдельным одноименным систематическим группам может быть свойственно различное современное видовое разнообразие. Так, в класс насекомых включают около 1000 000 известных науке видов, в класс брюхоногих моллюсков - около 90 тыс. видов, в большинство классов включают по нескольку тысяч или сот живущих ныне видов, а в классы наутилоидей и мечехвостов- только по 4-5 видов, в класс однокрышечковых моллюсков (Monoplacophora, или Neopilina) - два вида, а к классу кистеперых рыб относят только одну латимерию. Вероятно, все классы с очень малым числом видов - это вымирающие группы, уходящие с арены жизни. Действительно, многие из них в прежние геологические периоды были представлены многими десятками, сотнями, а иногда и тысячами видов. Поэтому особенный интерес вызывает их систематическая обособленность от других ныне живущих групп.
Систематика растений как наука, предмет ее изучения, задачи и значение. Краткая история развития систематики высших растений, исторические периоды ее становления. Принципы научного подхода к разработке классификации растений, типы систем высших растений:искусственные, естественные и филогенетические. Примеры систем различных типов, разработанные учеными разных стран
Систематика высших растений - это раздел ботаники, который разрабатывает естественную классификацию высших растений на основе изучения и выделения таксономических единиц, устанавливает родственные связи между ними в их историческом развитии.
"Систематика, по определению Lawrence (1951) - это наука, которая включает о п р е д е л е н и е, н о м е н к л а т у р у и к л а с с и ф и к а ц и ю объектов, и обычно ограничивается объектами, если она ограничивается растениями, то часто называется систематической ботаникой".
О п р е д е л е н и е - это сопоставление растений или таксона с другими и выявление идентичности или сходства его с уже известными элементами. В некоторых случаях может быть обнаружено, что растение является новым для науки;
Н о м е н к л а т у р а - это выбор правильного научного названия известного всем растения в соответствии с системой номенклатуры; это своеобразная метка, к которой можно обращаться. Процесс наименования регулируется международно принятыми правилами, которые лежат в основе "Международного кодекса ботанической номенклатуры".
К л а с с и ф и к а ц и я - это отнесение растения (или групп растений) к группам, или таксонам, которые принадлежат к различным категориям согласно особому плану или порядку; то есть кждый вид классифицируется как определенного рода, каждый род относить к определенному семейству и т. д. (Гербарное дело: Справочное руководство. Русское издание. Кью: Королевский ботанический сад, 1995).
Важнейшими понятиями систематики являются таксономические (систематические) категории и таксоны. Под таксономическими категориями подразумевают определенные ранги или уровни в иерархической классификации, полученные в результате последовательного подразделения абстрактного множества на подмножества.
Задачи систематики высших растений:
место высших растений в органическом мире, отличие их от водорослей;
краткую историю развития систематики высших растений, методы исследований в систематике высших растений;
вегетативные и репродуктивные органы высших растений отдельных таксонов; происхождение и филогенетические связи между ними; различные взгляды на происхождение высших растений и их таксонов; значение высших растений в природе и жизни человека; вопросы рационального использования и охраны высших растений.
Древнегреческое естествознание отражено в трудах Аристотеля (384-322 гг. до н. э.). Он был крупнейшим натуралистом своего времени. Аристотель интуитивно признавал родство всего живого, и растения он рассматривал как часть природы.
Система Теофраста была первой попыткой экологического подхода к классификации растений. Влияние классификации Теофраста прослеживается почти до нашего времени.
Период с конца XVI до второй половины XVIII столетия характеризуется появлением ряда искусственных морфологических систем, или систем, которые строятся на основе какого-либо одного или нескольких признаков.
Роль реформатора ботаники сыграл великий шведский ученый Карл Линней (1707-1778 гг.). Он был в числе тех ботаников, которые в XVIII ст. оценили учение Камерариуса о поле у растений.
Система Линнея включает 24 класса растений. В 23 классах представлены растения с цветками, которые отличаются между собой количеством тычинок, их взаимным расположением, одинаковой или различной длиной, распределением полов, а также растения, у которых тычинки срослись со столбиком. В 24 класс Линней отнес "бесцветковые" растения, т. е. не имеющих цветков.
Огромная заслуга К. Линнея перед ботаникой в том, что он впервые ввел бинарную номенклатуру растений: вид растения называют двумя словами - родовым и видовым. Например: вид - ива белая - Salix (родовое название), alba (видовой эпитет) L. (Linneus - фамилия автора названия).
Системой К. Линнея заканчивается период искусственных систем в истории систематики растений.
Во второй половине XVIII столетия во взглядах ботаников очерчиваются значительные изменения. Этому способствовало то, что к этому времени в Европе уже знали много видов растений, которые были собраны в коллекциях научных центров. Описывая эти растения, систематики включали их в определенную классификацию. Каждое растение получало свое название. Более подробно изучались генеративные органы - цветки. Начали применять более совершенные оптические приборы. Систематики понимали, что необходимо переходить на более совершенную систему классификации растений.
В основу создания естественной системы классификации положены принципы сходства растений по совокупности признаков.
В естественной системе все растения, начиная с водорослей и грибов и заканчивая высшими цветковыми растениями, располагаются в такой последовательности, что в конце каждого семейства помещались формы, переходные к следующему.
Эволюционная теория Ч. Дарвина совершила настоящий переворот во всех областях естествознания, поэтому систематика не могла оставаться на старых позициях. Из науки статичной, которая изучает организмы в современном состоянии, систематика превратилась в науку динамичную, которая ставит своей целью показать филогенез, или происхождение, современных организмов от более простых и развитие их в историческом аспекте. Этим заканчивается второй период истории систематики - период естественных систем и начинается третий - период филогенетических систем.
В основу построения филогенетических систем растений положены принципы общности исторического развития отдельных таксонов растений (отделов, классов, порядков, семейств, родов и видов). Наиболее распространенными филогенетическими системами растений являются система ботаника А. Л. Тахтаджяна.
Если бы вас попросили описать вашу спальню, то вы, вероятно, не стали бы называть каждую отдельную вещь, так как это перечисление будет длиться довольно долго. Вместо этого вы, вероятно, упростили бы все это, группируя вещи по таким категориям, как книги, игрушки, Э, картины, мебель и так далее. Это наука, изучающая животного и растительного мира путем его классификации.
Для чего нужна систематика?
Представьте себе, можно ли описать город без использования различных категорий, таких, как автомобили, люди, здания, мосты и дороги? Вот для чего нужна систематика. Теперь попытайтесь представить себе ученого, у которого нет никакой возможности объединить все живые существа на планете. В биологии, систематика - изучающая и классифицирующая все живое на планете.
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 - изучающая и классифицирующая все биологическое 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.
Карл Линней - отец современной систематики
Что бы делали биологи без универсального способа группировки организмов? Это был бы настоящий хаос. За инструмент стоит благодарить Карла Линнея, также известного, как Карл фон Линней (1707-1778). Шведский ботаник, зоолог и врач рассматривается в современной науке как «отец систематики». Он был первым, кто последовательно использовал систему для классификации организмов на основе общих признаков. Его одновременно строгая и простая методология давала вполне научную обоснованность в области классификации.
Биологическое разнообразие
Систематика - это наука в биологии, изучающая ее огромное разнообразие живых существ, что является одной из определяющих черт мира природы. Эта научная дисциплина тесно связана с экологией и эволюционной биологией. Систематика - это наука, изучающая и рассматривающая, как формируются новые виды, как протекают те или иные экологические процессы, почему некоторые группы поддерживают невероятно широкий видовой диапазон, а некоторые организмы попросту вымирают.
Это связано с характеристиками различных организмов, которые позволяет дать детальное изучение конкретных групп. Систематика стремится понять историю жизни посредством филогенетических и генетических взаимоотношений живых существ. Оценка разнообразия и знание принципов и процедур этой дисциплины имеют важное значение в экологии, эволюционной и природоохранной биологии.
Систематика и филогенетическое дерево
Систематика - это наука, изучающая разнообразие живых организмов прошлого и настоящего, а также их отношения с течением времени, которые изображаются в виде филогенетических деревьев. Эволюционное древо делится на две части: первая известна как ветвление порядка, который показывает взаимоотношения организмов в пределах группы, вторая называется длиной ветви, определяющей период эволюции, через которые прошли организмы.
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.
Расположение люминофоров. Адский вампир. 800 видов светящихся живых существ. Креветки. Они живые и светятся. Рыба-топорик. Глубоководный удильщик. Классический пример биолюминесценции. Светящиеся колонии бактерий. Феерическое зрелище. Глубоководный кальмар. Идиакант. Морское перо. Светящиеся глубоководные многощетинковые черви. Гребневики. Самки удильщиков. У бактерий люминофорные белки рассеяны по всей клетке.
«Разнообразие организмов» - Видовое разнообразие хордовых в Калужской области. Видовое разнообразие основных групп животных России и мира. Система таксономических категорий. Филогенетическая классификация на основе анализа последовательсностей. Многоцарственная система живой природы. Предположительное видовое разнообразие основных групп животных. Соотношение настоящего и предсказываемого числа видов. Жорж Кювье. Система Н.Н. Воронцова.
«Формы организации материи» - Передача состояния. Гипотеза Хойла. Космические циклы. Законы сохранения массы. Античастица. ООС. Ферментные механизмы управления. Скорость электромагнитных волн. ПОС. Обратные связи в живых организмах. Состояние системы. Социальная система. Следствие. Биологические часы. Политические отшельники. Первый закон энергетической проводимости. Проблемы цивилизации. Четыре этапа. Жизнь. Электромагнитные волны.
«Самоорганизация систем» - Кибернетика как наука. Объединенное действие. Пространство трехмерно. Аттрактор. Управление. Бионика. Фазовые изменения. Открытые неравновесные системы. Проблема «биологического времени». Неорганическая природа. Некоторые условия самоорганизации. Заслуга синергетики. Хронобиология. Внимание. Примеры самоорганизации систем разной природы. Теоретическая кибернетика. Период плавного эволюционного развития.
«Разнообразие живых организмов» - Под генетическим разнообразием понимается многообразие. Под угрозой исчезновения находится почти 20 тысяч видов растений. Биоразнообразие. Умеренные леса. Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны между собой. Иногда в отдельную категорию выделяют разнообразие ландшафтов. Распределение видов по поверхности планеты неравномерно. С 1600 г. безвозвратно исчезли 83 вида млекопитающих. Возникновение и исчезновение видов.
«Видовое разнообразие живых организмов» - Живые организмы. Щука. Родственные организмы. Аполлон. Возможно ли разделить организмы на группы. Признаки живых организмов. Рассмотри рисунок. Организмы. Притча о двух мудрецах. Процессы жизнедеятельности. Сходные признаки. Котята. Заполни таблицу. Внешнее строение. Прочитайте текст учебника. Составить рассказ. Неродственные организмы. Прудовая ночница. Разнообразие живых организмов. Рыба.