Классификация живых организмов. Многообразие живых организмов

В настоящее время органический мир Земли насчитывает около 1,5 млн видов животных, 0,5 млн видов растений, около 10 млн микроорганизмов. Изучить такое многообразие организмов невозможно без их систематизации и классификации.

Большой вклад в создание систематики живых организмов внес шведский натуралист Карл Линней (1707–1778). В основу классификации организмов он положил принцип иерархии, или соподчиненности, а за наименьшую систематическую единицу принял вид. Для названия вида была предложена бинарная номенклатура, согласно которой каждый организм идентифицировался (назывался) по его роду и виду. Названия систематических таксонов было предложено давать на латинском языке. Так, например, кошка домашняя имеет систематическое название Felis domestica. Основы линнеевской систематики сохранились до настоящего времени.

Современная классификация отражает эволюционные взаимоотношения и родственные связи между организмами. Принцип иерархии сохраняется.

Вид – это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом и общее происхождение, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к сходным условиям обитания и занимающих определенный ареал.

В настоящее время в систематике используют девять основных систематических категорий: империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид (схема 1, таблица 4, рис. 57).

По наличию оформленного ядра все клеточные организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты.

Понятие о систематике, ее цели и задачи

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.

Определение 1

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.

Замечание 1

Одними из первых предприняли попытку классифицировать все разнообразие живых организмов представители античной науки Гептадор, Аристотель, Теофраст. Они объединяли все живые организмы в соответствии со со своими философскими убеждениями. Растения они разделили на деревья и травы, а животных разделили на две группы – «холднокровных» и «теплокровных».

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

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:

«Венцом и, вероятно, последним словом подобной классификации была и до сих пор не превзойденная в своей изящной простоте система растительного царства, предложенная Линнеем».

Растение именовано полностью, если оно
снабжено и родовым, и видовым именем.
К Линней

Как биологическая классификация помогает осознать взаимозависимость состава, структуры и свойств? Что такое бинарная номенклатура? Как пользоваться определителем? Какими современными методами оперирует систематика?

Урок-практикум

ЦЕЛЬ РАБОТЫ . Научиться выявлять общие признаки принадлежности живых организмов к той или иной группе; научиться пользоваться определителем и познакомиться с современными методами определения видов

ПЛАН РАБОТЫ . Выполните последовательно задания и сделайте выводы по каждому заданию.

Библиотечный каталог
Каковы, по вашему мнению, принципы научной классификации?

1. Сформулируйте, в чем состоит суть системы классификации живых организмов К. Линнея. Выделите признаки, по которым растения относят к одному семейству, одному роду, одному виду.

ПОДСКАЗКА . Основы современной систематики заложил шведский натуралист Карл Линней, Он предложил писать название вида на латыни в два слова: первое обозначает род. а второе - конкретный вид. Такое бинарное (двучленное) обозначение значительно упростило классификацию. Линней установил и принцип иерархичности систематических категорий (таксонов): сходные роды группируются в семейства, семейства - в отряды, отряды - в классы, классы - в типы, а типы - в царства. В подобном виде система классификации живых существ сохранилась до наших дней.

2. Воспользовавшись определителем, попробуйте самостоятельно определить вид какого-либо растения или животного.

ПОДСКАЗКА . Принцип определения состоит в том, что сначала устанавливается самый высокий иерархический таксон, затем переходят к следующему, и так до уровня вида. Например, нам надо определить пойманного шмеля. Мы знаем, что это животное (царство Животные); из зоологии вспомним, что членистоногое (тип Членистоногие) и насекомое (класс Насекомые). А вот дальше может понадобиться определитель, чтобы выяснить, к какому отряду (Перепончатокрылые), семейству (Пчелиные), роду (шмель) и виду (например, каменный шмель) относится пойманное насекомое.

Любой определитель состоит из определительных таблиц, которые построены на основе противопоставления: тезы, в которой перечисляются специфические признаки вида или группы видов (род, семейство и т. д.), и антитезы, где приводятся противоположные признаки. Каждая теза имеет номер, а в скобках указан номер антитезы. Если признаки организма соответствуют тезе, то надо внимательно прочитать антитезу и убедиться, что приведенные в ней признаки к определяемому организму не подходят, и переходить к следующей по порядку тезе. Если же признаки соответствуют антитезе, то дальнейшее определение надо вести от нее. Так следует поступать до тех пор, пока теза или антитеза не завершится названием таксона. Для таксонов каждого иерархического уровня приведены свои таблицы. Например, при определении упоминавшегося выше шмеля сначала надо воспользоваться таблицей для определения отрядов насекомых, затем семейств отряда Перепончатокрылые, затем родов семейства Пчелиные и завершить определение таблицей для видов рода шмель.

Литература для дополнительного чтения

Новиков В. С., Школьный атлас-определитель высших растений / В. С. Новиков, И. А. Губанов. - М.: Просвещение, 1991.

3. Личинки многих видов животных совершенно непохожи на взрослых особей. Предложите методы, с помощью которых можно было бы правильно определить вид найденной личинки.

ПОДСКАЗКА . На помощь приходят методы молекулярной биологии. Было установлено, что последовательность нуклеотидов в ДНК геномов разных особей различается. Причем чем выше степень родства, тем различия меньше. Так, внутривидовые различия гораздо меньше, чем межвидовые, а различия между видами одного рода будут меньше, чем у видов, относящихся к разным родам, и т. д. Эту особенность организации генома стали использовать как в систематике, так и для выяснения степени родства между видами - филогении. Анализируется не целый геном, а отдельные его участки, гены или даже их фрагменты. Если последовательность нуклеотидов в выбранном нами гене личинки будет соответствовать последовательности нуклеотидов в том же гене взрослой особи, то можно заключить, что и личинка, и взрослая особь принадлежат к одному виду.

Биологическая систематика построена на принципе иерархичности. Название вида бинарное. Определить систематическое положение (вид, род и т. д.) любого организма можно при помощи определителя, принцип работы с которым сводится к сопоставлению тезы и антитезы. В современной биологии для видовой идентификации широко используют методы молекулярной биологии.

7.1. Систематика как биологическая наука

Систематика – это наука о разнообразии организмов, определяющая их место в системе органического мира. Существует систематика животных, микроорганизмов, грибов, растений.

В задачи любой систематики входит выявление, описание, идентификация, классификация и группирование организмов (от древнейших и примитивных до современных и самых сложных) в систему, в которой было бы однозначно определено положение каждого таксона.

Со времени К. Линнея (XVIII в.) в науке господствовала система двух царств: растений (Plantae ) и животных (Animalia ). В XX в. с открытием вирусов, а также обнаружением ряда важных различий в процессах обмена веществ и ультраструктуре клетки у разных групп организмов привело к пересмотру устоявшихся взглядов

 Империя неклеточные организмы (Noncellulata ) - не имеют морфологически оформленной клетки. Империя включает одно царство вирусы (Virae).

 Империя клеточные организмы (Сellulata ) - имеют морфологически оформленную клетку. Включает две подимперии.

1. Подимперия доядерные (Procaryota ) - не имеют морфологически оформленного ядра. Объединяет два царства:

а) Царство архебактерии (Archaebacteria) - в основе клеточных стенок кислые полисахариды (муреина нет);

б) Царство настоящие бактерии, или эубактерии (Eubacteria) - в основе клеточных стенок – муреин.

2. Подимперия ядерные, или эукариоты (Eucaryota ) - имеют морфологически оформленное ядро. Подразделяется на четыре царства:

а) Царство протоктисты (Protoctista) - автотрофы или гетеротрофы; тело не расчленено на вегетативные органы; отсутствует стадия зародыша; гаплоидные или диплоидные организмы; включает водоросли и грибоподобные организмы.

б) Царство животные (Animalia) - гетеротрофы; питание путем заглатывания или всасывания; отсутствует плотная клеточная стенка; диплоидные организмы; имеется чередование ядерных фаз.

в) Царство грибы (Fungi, Mycota) - гетеротрофы; питание путем всасывания; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой хитин; гаплоидные или дикарионтические организмы; тело не расчленено на органы и ткани.

г) Царство растения (Plantae) - автотрофы; питание за счет процесса аэробного фотосинтеза; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой целлюлоза; характерно чередование полового (гаметофит) и бесполого поколения (спорофит) с преобладанием диплоидного поколения. К растениям относятся – отделы риниофиты и зостерофиллофиты (ныне вымершие), моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные.

До недавнего времени грибы, водоросли и высшие растения рассматривались в одном большом царстве растений. И, кроме того, среди растений существовало подразделение на две категории – низшие и высшие. К низшим относили: бактерии, грибы, лишайники и водоросли, к высшим: риниофиты, зостерофилловые, псилотовидные, моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные (цветковые).

Разделы систематики

Современная систематика подразделяется на несколько связанных между собой разделов:

 таксономия - теория и практика классификации организмов, при которой распределяется все множество вновь выявленных и уже известных организмов в соответствии с их сходством и различиями или предполагаемым родством по определенной системе соподчиненных категорий;

 номенклатура - вся совокупность названий таксонов;

 филогенетика - устанавливает родство организмов в историческом плане (филогения) и ход исторического развития мира живых организмов (филогенез) как в целом, так и для отдельных систематических групп.

Наиболее распространенная система, которую сегодня используют ботаники - иерархическая. Она строится по принципу «коробочка в коробочке». Любая ступень иерархии системы называется таксономическим рангом (таксономическая категория). Главным таксономическим рангом является - вид (species) . Обычно под биологическим видом понимают совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средами, и отделенных от других таких же совокупностей особей отсутствием гибридных форм.

Большой вклад в создание систематики живых организмов внес шведский натуралист Карл Линней (1707–1778). В основу классификации организмов он положил принцип иерархии, или соподчиненности, а за наименьшую систематическую единицу принял вид. Для названия вида была предложена бинарная номенклатура, согласно которой каждый организм идентифицировался (назывался) по его роду и виду. Названия систематических таксонов было предложено давать на латинском языке. Так, например, кошка домашняя имеет систематическое название Felis domestica. Основы линнеевской систематики сохранились до настоящего времени.

Вид – это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом и общее происхождение, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к сходным условиям обитания и занимающих определенный ареал.

В настоящее время в систематике используют девять основных систематических категорий: империя, надцарство, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид.

Схема классификации организмов

По наличию оформленного ядра все клеточные организмы делятся на две группы: прокариоты и эукариоты.

Прокариоты (безъядерные организмы) – примитивные организмы, не имеющие четко оформленного ядра. В таких клетках выделяется лишь ядерная зона, содержащая молекулу ДНК. Кроме того, в клетках прокариот отсутствуют многие органеллы. У них имеются только наружная клеточная мембрана и рибосомы. К прокариотам относятся бактерии.

Таблица Примеры классификации организмов

Эукариоты – истинно ядерные организмы, имеют четко оформленное ядро и все основные структурные компоненты клетки. К ним относятся растения, животные, грибы. Кроме организмов, имеющих клеточное строение, существуют и неклеточные формы жизни – вирусы и бактериофаги.

Эти формы жизни представляют собой как бы переходную группу между живой и неживой природой. Вирусы были открыты в 1892 г. русским ученым Д. И. Ивановским. В переводе слово «вирус» означает «яд». Вирусы состоят из молекул ДНК или РНК, покрытой белковой оболочкой, а иногда дополнительно липидной мембраной. Вирусы могут существовать в виде кристаллов. В таком состоянии они не размножаются, не проявляют никаких признаков живого и могут сохраняться длительное время. Но при внедрении в живую клетку вирус начинает размножаться, подавляя и разрушая все структуры клетки-хозяина.

Проникая в клетку, вирус встраивает свой генетический аппарат (ДНК или РНК) в генетический аппарат клетки-хозяина, и начинается синтез вирусных белков и нуклеиновых кислот. В клетке-хозяине идет сборка вирусных частиц. Вне живой клетки вирусы не способны к размножению и синтезу белка.

Вирусы вызывают различные заболевания растений, животных, человека. К ним относятся вирусы табачной мозаики, гриппа, кори, оспы, полиомиелита, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий заболевание СПИД. Генетический материал вируса ВИЧ представлен в виде двух молекул РНК и специфического фермента обратной транскриптазы, который катализирует реакцию синтеза вирусной ДНК на матрице вирусной РНК в клетках лимфоцитов человека. Далее вирусная ДНК встраивается в ДНК клеток человека. В таком состоянии она может сохраняться долго, не проявляя себя. Поэтому антитела в крови у инфицированного человека образуются не сразу и обнаружить заболевание на этой стадии сложно. В процессе деления клеток крови ДНК вируса передается соответственно в дочерние клетки.

При каких-либо условиях вирус активизируется и начинается синтез вирусных белков, а в крови появляются антитела. В первую очередь вирус поражает Т-лимфоциты, ответственные за выработку иммунитета. Лимфоциты перестают узнавать чужеродные бактерии, белки и вырабатывать против них антитела. В результате организм перестает бороться с любой инфекцией, и человек может погибнуть от любого инфекционного заболевания.

Бактериофаги – это вирусы, поражающие клетки бактерий (пожиратели бактерий). Тело бактериофага состоит из белковой головки, в центре которой находится вирусная ДНК, и хвостика. На конце хвоста располагаются хвостовые отростки, служащие для закрепления на поверхности клетки бактерии, и фермент, разрушающий бактериальную стенку.

По каналу в хвостике ДНК вируса вспрыскивается в клетку бактерии и подавляет синтез бактериальных белков, вместо которых синтезируются ДНК и белки вируса. В клетке происходит сборка новых вирусов, которые покидают погибшую бактерию и внедряются в новые клетки. Бактериофаги могут использоваться как лекарства против возбудителей инфекционных заболеваний (холеры, брюшного тифа).