Презентація до уроку "Систематика. Природні та штучні системи. Бінарна номенклатура"

Система органічного світу

Біологічна систематика — наука, що вивчає різноманіття всіх існуючих та вимерлих організмів і створює їх логічну впорядковану систему.

Значення систематики:опис і впорядкування різноманітних існуючих і вимерлих видів, розподіл їх на певні систематичні групи, створення можливості орієнтування в їх чималій кількості, що ґрунтується на реконструкції еволюційних подій та вивчення шляхів адаптації до середовища.

Основними завданнями систематики є:розподіл живих організмів за групами;найменування та опис цих груп;побудова з цих груп узагальнюючої класифікації організмів.

Систематика має три розділи:■ таксономія: наука про об’єднання живих істот у групи на основі аналізу притаманних їм ознак;■ номенклатура: система правил найменування живих організмів;■ система органічного світу: встановлює спорідненість організмів в історичному плані й хід історичного розвитку живих організмів загалом та окремих систематичних груп. Ґрунтується на принципі філеми – «Хто від кого пішов»

Методи систематики: порівняльно-морфологічний: базується на порівнянні морфо­логічних ознак організмів;порівняльно-анатомічний, ембріологічний, онтогенетичний: вивчають схожість та відмінність у будові тканин, особливості утворення нових клітин, запліднення і розвитку зародка, фор­мування органів; порівняльно-цитологічний та каріологічний: аналізують будо­ву клітин, ядра (за числом і морфологією хромосом); біохімічний: вивчає хімічний склад клітин, тканин, організмів; палеонтологічний: допомагає відтворити за викопними рештками еволюцію певних видів, історію їхнього розвитку, вста­новити спорідненість між великими систематичними одиниця­ми — відділами, класами, рядами.

Штучні (формальні) та природні (філогенетичні) системи живого світу. До штучних належать такі, що побудовані на основі однієї або кількох довільно обраних ознак. У таких системах класифікація видів ґрунтується лише на ступені їх подібності й не враховується історична спорідненість різних таксонів. Штучні системи створю­ють через нестачу даних. До природних систем належать такі, що базуються на комп­лексі значущих ознак. Це системи організмів, у яких класифіка­ція видів ґрунтується на їх ступені подібності та відображає філо­генетичну спорідненість між систематичними групами.

Перші спроби класифікаціїПоділ живих істот на дві групи, згодом названі царствами: рослини й тварини. Ця класифікація, заснована на спостереженнях, одержала наукове оформлення у працях Аристотеля (ІV ст. до н. е.) і з тих пір не зазнавала істотних змін протягом двох тисяч років. Для Аристотеля рослини й тварини являли собою дві основні сходинки величних «сходів істот», які ведуть від примітивних форм до досконалих. Третю, найвищу, сходинку займає людина. Кожну зі сходинок Аристотель охарактеризував певним набором ознак.

Теофраст доповнив систему: рослини були розділені ним на трави та дерева, тварини — за середовищами існу­вання: водні, тварини суходолу та ті, що опанували повітря, а також на групи з «гарячою» та «холодною» кров’ю. Середньовіччя не додало до аристотелівської системи нічого істотного. Епоха Відродження (кін. XV — п. п. XVІІ ст.): 1551 р. Конрад Гесснер опублікував першу ієрархічну, класифікацію тварин - зоологічної енциклопедії «Історія тварин» у 22-х томах 1583 р. Андреа Чезальпіно створив ієрархічну класифікацію рослин. У його головному творі 16книг про рослини - 840 видів на 15 класів. Гербарій зберігається у Флоренції. 1683 р. Антоні ван Левенгук відкрив мікроскопічних істот і описав бактерії, найпростіших та гриби. Щоправда, і він сам, і його послідовники аж до XІX ст. вважали всіх цих істот «дрібними тваринками».

У XVII ст. перед ученими постала проблема впорядкування найменувань організмів. 1623 р. Каспар Баугін використовував поліномінальну номенклатуру організмів, згідно з якою назва повинна була являти собою точний опис організму (такі «назви» могли займати сторінку). Розуміючи недолік цієї системи він запропонував - використовувати короткі найменування, часто складені з двох слів.1686 р. Джон Рей створив біологічну концепцію виду, згідно з якою до одного виду належать всі особини, подібні за більшістю ознак, здатні схрещуватися й давати плідне потомство. Вперше запровадив групування рослин на дводольні та однодольні. Використовував поняття «рід» і «вид»Нотатки із загальної історії рослин

Основи наукової класифікації живих організмів заклав шведський лікар та натураліст Карл Лінней. У своїй праці «Система природи» (1735) він розділив природу на три царства: мінеральне, рослинне і тваринне, приєднавши людину до системи тварин. Лін­ней описав близько 3500 видів живих організмів Розробив бінарну номенклатуру (латинська назва з двох слів: назви роду та видового епітету) обов’язковим. Морфологічні системи

У 10-му виданні «Система натура» (1758 р.) було класифіковано 4400 видів тварин і 7700 видів рослин. Він встановив суворе під­порядкування між рівнями класифікації, використавши лише чо­тири рівні: класи, ряди, роди та види. Виділяв «чутливі рослини» і «нечутливі тварини». Лінней уперше зважився приєднати людину до системи тварин.

Усіх тварин Лінней розділив на чотириногих, птахів, амфібій, риб, комах і червів

Морфо-фізіологічні системи. Усі попередні системи базувалися на ознаках зовнішньої будови організмів. Але у ІІ. пол. XІX ст. біологів привабила життєдіяльність організмів1772 р. Джозеф Пристлі описав процеси газообміну у тварин і рослин, показавши глибокі відмінності між рослинним і тваринним типами обміну речовин.1848 р. німецький фізіолог і зоолог Карл Зібольд з’ясував, що рослини і тварин відрізняються не тільки морфологічно, а і за способом живлення, у рослин він автотрофний, а у тварин — гетеротрофний. Наявність хлорофілу — основна ознака рослини.

1838–1854 рр. побачили світ праці Крістіана Готфріда Еренберга, в яких були описані тисячі видів мікроскопічних водоростей, найпростіших і грибів. Учений описав інфузорію туфельку, евглену, радіолярій, форамініфер, діатомей і багато інших організмів. Увів поняття бактерії, бацили, коки, вібріони.

1859 р. побачила світ праця Чарльза Дарвіна «Походження видів», яка вплинула на всі галузі біології. 1868 р Ернст Геккель створив концепцію еволюційної таксономії. У ліннеєвське поняття «природної системи» він вклав нове розуміння: природною слід вважати систему, яка описує хід еволюції. Е. Геккель 1866 р. установив царство Protіsta (Протис́ти), яке об’єднало всі відомі на той момент одноклітинні й колоніальні організми, у т. ч. бактерії, водорості й найпростіші1925 р. за пропозицією французького біолога Едуарда Шаттона було утворено нове царство — Дроб’янки.1938 р. Херберт Коупленд розробив систему органічного світу, що включала чотири царства: Дроб’янки, Протисти, Рослини та Тварин. Еволюційні системи

система Геккеля, 1866 рсистема Копланда, 1938 р

Еволюційні системи. У 1959-1965 рр. американський еколог Роберт Уайттекер виділив гриби в самостійне царство.1960 р. канадський мікробіолог Роджер Станіер та американ-ський біохімік Корнеліус ван Ніл запропонували об’єднати протистів, рослини, гриби та тварин у надцарство Ядерні (або Еуаріоти), а для дроб’янок створите царство Доядерні (або Прокаріоти).1965 р. зоолог, еколог і генетик Микола Воронцов об’єднав усі зазначені вище царства в імперію Клітинні, а для вірусів створив імперію Неклітинні. система Уайттейкера, 1959–1965 р У 1970-80 ті рр. світову систематику спіткала глибока криза. Серед біологів запанував погляд на цю науку як застарілу, марну й безперспективну. Частина фахівців узагалі вирішили відмовитися від пошуку істини

Ціною винесення зі складу Fungі, Plantae і Anіmalіa неспоріднених їм організмів у царство Protoctіsta воно стало наповнювалося різноманітними й мало чим схожими організмами. Дати цій групі визначення стало майже неможливо: протоктисти перетворилися на об’єднання істот, які не вписувалися в інші царства. Навіть сама Лінн Маргуліс 1981 р. визнала, що «царство Protoctіsta стає схожим на смітник». система Маргуліс, 1971 р«схожі неродичі» та «несхожі родичі»

Класифікація, запропонована колективом авторів під керівництвом О. О. Федорова та Л. О. Зенкевича. Вони відмовилися лише від царства Protіsta . У цій системі царство протистів було розсічено на три Еукаріотичні Царства — «Рослини», «Гриби» і «Тварини». На початку 1980-х рр. ця системи, перетворилися на радянський освітній стандарт. З 1991 р. і по середину 2010-х шкільні підручники України без жодних вагань відтворювали цю невдалу й морально застарілу класифікацію.

Системи живих організмів. Карла Ліннея, Герберда Копланда і Роберта Уайтекера1735р «Система природи»1938р чотири Царства: дроб’янкипротистирослини тварини1959-1965р.рдроб’янкипротистирослинигриби тварини

Майбутня реформа була обумовлена трьома групами досягнень: виникненням кладистики; успіхами цитології; успіхами молекулярної біології.1950 р. побачила світ книга німецького ентомолога Віллі Хенніга, в якій проголошувалося створення науки про реконструкцію філогенезу — кладистики (від лат. clados — гілка; малася на увазі гілка еволюційного дерева). Основним змістом цієї науки стало розв’язання філогенетичних проблем з допомогою строгих логічних алгоритмів. Згодом ці алгоритми «обросли» складним математичним апаратом і на сьогодні вимагають використання спеціального програмного забезпечення. Кладограми – діаграми, у яких відображено послідовність еволюційних подій. Кладистика - класифікація організмів ґрунтуєтьсь на порядку, у якому вони відгалужувались від еволюційного дерева, незважаючи на їхню морфологічну подібність

Хенніг розрізняв три типи груп: монофілетичні групи - включають усіх нащадків одного предка, і тільки їх; парафілетичні групи - об'єднують нащадків одного предка, окрім однієї найбільш просунутої групи; поліфілетичні групи - об'єднують різних довільнообранихнащадків декількох предків. Успіхи кладистики

1931 р. Ернст Руска винайшов електронний мікроскоп, який незабаром став основним інструментом вивчення тонкої структури клітини. У 1940–1950-х рр. були виявлені глибокі відмінності між клітинами багатоклітинних тварин, вищих рослин і бактерій. Успіхи цитології

Успіхи молекулярної біології1951 р. Лайнус Полінг установив вторинну структуру білків 1957 р. Джон Кендрю й Макс Перуц описали третинну структуру цих біополімерів. Стало зрозуміло, що амінокислотний склад білків повністю визначає їхню будову й функції. Залишалося дізнатися, чим визначається сама амінокислотна послідовність.

1953 р. Джеймс Уотсон і Френскіс Крік описали структуру ДНК1958 р. майбутній лауреат Нобелівської премії Френсіс Крік сформулював центральну догму молекулярної біології, згідно з якою послідовність амінокислот задається послідовністю нуклеотидів ДНК. Це відкриття незабаром дістало застосування в систематиці. Фредерік Сенгер задався метою розробити метод визначення конкретних послідовносте мономерів у складі білків і нуклеїнових кислот. 1954 р. йому це вдалося для білків, і тільки 1977 р. — для ДНК. Розроблений Сенгером метод одержав назву секвенування (від англ. sequence — послідовність). Він дозволив запустити грандіозний процес вивчення структури геному всіх біологічних видів планети.

1968 р. японський біохімік і Нобелівський лауреат Мотоо Кімура висунув Нейтральну теорію молекулярної еволюції. Порівнюючи гени різних організмів, можна об’єктивно оцінити ступінь їх спорідненості і навіть хронологічні рамки їхнього виникнення у процесі еволюції. Для вивчення макроеволюції актуальні гени, які присутні в усіх клітинних організмів і при цьому не є занадто мінливими, тобто не змінювалися до невпізнанності, тому що в цьому випадку порівняння стає неможливим.

Перші ділянки ДНК, які відповідають цим вимогам, відшукав 1977р. Карл Воуз (Вьозе, С. Woese). Ними виявилися гени, які кодують структуру рибосомальної РНК (16 S у прокаріотів, мітохондрій і хлоропластів, 18 S — в еукаріотів) — найбільш консервативної частини геному, яка виникла, ймовірно, ще до появи клітин і не змінювала функцію протягом трьох мільярдів років. Гени р. РНК задіяні в базових життєзабезпечувальних процесах і прямо не пов’язані з морфогенезом. Молекулярно-філогенетична система Опублікована 1985 р. з 1990 система в науці, було встановлено три домени — Археї, Бактерії й Еукаріоти

Основні принципи класифікації:1. Принцип філогенетичності – урахування не лише спільних ознак, а й філогенетичної спорідненості2. Принцип ієрархічності – підпорядкування систематичних категорій нижчого порядку категоріям вищого порядку3. Принцип бінарної номенклатури – подвійної назви, де перше слово вказує на родову приналежність, а друге – на видову

Основні таксономічні одиниціТаксон – конкретна класифікаційна одиниця будь-якого рангу.

1753 р Карл Лінней «Види рослин» (Species plantarum) — наукова праця у двох томах. Прийнята за висхідний пункт ботанічної номенклатури. Бінарна номенклатура: Перше – родова назва. Друге – видова назва (епітет)Конюшина лучна - Trifolium pratense. Волошка лучна - Centaurea jacea. Суниця лісова - Fragaria vesca. Лелека звичайний - Ciconia ciconia. Лелека чорний - Ciconia nigra. Ведмідь бурий - Ursus arctos

Номенклатурні кодекси. МІЖНАРОДНИЙ КОДЕКС БОТАНІЧНОЇ НОМЕНКЛАТУРИ - ICBNМІЖНАРОДНИЙ КОДЕКС ЗООЛОГІЧНОЇ НОМЕНКЛАТУРИ - ICZN - виходить з необхідності точної та простої системи наукових знань, які б використовувалися вченими усіх країн; - назви таксонів даються не для того, щоб відобразити їх історію або ознаки, а для того щоб мати можливість посилатися на ці таксони та вказувати їх ранг; - кодекс представляє собою сукупність принципів та правил; - кодекс не має юридичної сили, а діє виключно на добровільній угоді систематиків; - дія кодексу розповсюджується на усі сучасні та викопні організми, які розглядаються як рослини, включаючи гриби.

Система 3 доменів