Систематика — наука про різноманітність організмів

Лекція № 1-2.

Розділ: Біорізноманіття.

Тема: Систематика — наука про різноманітність організмів. Біорізноманіття нашої планети як наслідок еволюції.

Мета вивчення:

• розглянути поняття «систематика», «номенклатура», «класифікація», «філогенетична систематика»;
• ознаки природних та штучних систем живого світу;
• навчити принципів сучасної біологічної систематики;
• з’ясувати переваги та недоліки різних підходів до систематики.

Література:

1. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту/О. А. Андерсон, М. А. Вихренко, А. О. Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.: іл.

2. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

3. Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

План

1. Біологічна систематика.

2. Принципи наукової класифікації живого.

3. Сучасні критерії виду.

4. Популяція. Мікроеволюція. Видоутворення.

Основний зміст

Незаперечним є факт, що систематика – наука про класифікацію організмів – виникла з потреб людини. У найдавніші часи людина, збираючи плоди, полюючи на тварин, вибирала корисні й уникала отруйних, шкідливих і небезпечних. З розвитком мови таку інформацію людина передавала наступним поколінням, а тому виникла потреба називати та класифікувати оргранізми.

Біологічна систематика.

Ми вже згадували про перші спроби систематизації організмів і внесок у становлення біологічної систематики як науки шведського природознавця й лікаря Карла Ліннея. Підходи до класифікації організмів він висвітлив у працях «Система природи» та «Види рослин». Учений увів чітку підпорядкованість між такими систематичними категоріями, як царство – клас – порядок – рід – вид.

Основна ж заслуга К. Ліннея – створення бінарної номенклатури й стандартизація та вдосконалення термінології в ботаніці. Але його система не враховувала походження сучасних організмів, тобто була штучною. Створення природної системи органічного світу є головним завданням сучасної систематики.

Біологічна систематика – біологічна наука про різноманіття живого, завданням якої є опис і впорядковування існуючих і вимерлих видів, їх класифікація та опрацювання природної системи органічного світу. Відповідно до завдань, що стоять перед біологічною систематикою, виділяють її розділи. Розділ систематики, який вивчає об’єднання живих істот у групи на основі аналізу притаманних їм ознак, називають таксономією. Таке об’єднання здійснюють за допомогою зручної класифікації.

Біологічна номенклатура – система наукових найменувань біологічних об’єктів, заснована на їхній подібності чи спорідненості. Це універсальна наукова система назв таксонів живих істот, пов’язаних тим або іншим ступенем спорідненості: тварин, грибів, рослин, бактерій, а також вірусів. Завдяки біологічній номенклатурі дають однозначні назви об’єктів, а також визначають їхнє місце в системі органічного світу, що допомагає уникнути використання громіздких описів.

Принципи наукової класифікації живого.

В основу природної системи органічного світу – сукупності видів організмів, які живуть або жили на Землі, покладено принципи наукової класифікації живого.

Варто звернути увагу на принцип ієрархічності, згідно з яким систематичні категорії (таксони) нижчого порядку об’єднують у таксони вищого порядку: вид – рід – родина – порядок (ряд) – клас – відділ (тип). У наш час загальновизнаною є подвійна (бінарна) номенклатура назв видів, яка, як зазначено раніше, була запропонована К. Ліннеєм: перше слово – родова назва, друге – видова (рис. 1).

Рисунок 1. Приклади біологічної систематики тварин і рослин.

Один з напрямів наукового пошуку систематики – дослідження еволюційних взаємовідносин видів (сучасних і вимерлих), є предметом філогенетичної систематики. Вагомий внесок у розробку цього напряму зробив німецький учений Ернест Геккель, який вивчав закономірності філогенезу – історичного розвитку як окремих груп (видів, родів тощо), так і всього живого загалом.

Для визначення філогенезу певної групи вчений запропонував зіставляти дані палеонтології, порівняльної анатомії та порівняльної ембріології.

Схожість видів часто вказує на спільне походження. Викопні й сучасні форми гіпотетично об’єднують у єдиний філогенетичний ряд, який відображає послідовність еволюційних змін організмів загалом чи їхніх окремих органів у межах певної систематичної групи. Тому особливе значення для наукової класифікації має принцип філогенетичності, тобто максимально точне відображення еволюційних зв’язків між організмами.

Дослідження останніх десятиліть засвідчили, що споріднені види подібні на рівні генетичної інформації та структури білків, а відмінності в гомологічних генах спричинені переважно точковими мутаціями. Це дає змогу точно визначити родинні зв’язки між порівнюваними видами. Дослідження молекулярної генетики підтвердили дані про родинні зв’язки видів, що їх було отримано методами порівняльної анатомії, ембріології та палеонтології.

Нині всі організми поділяють на дві великі групи відповідно до будови їхніх клітин – Прокаріоти та Еукаріоти. Поміж прокаріотів виокремлюють царство Археї та царство Бактерії. Еукаріотичні організми об’єднують у царства Рослини, Тварини та Гриби. Одноклітинні еукаріотичні організми нерідко поєднують ознаки, властиві представникам різних царств (пригадайте особливості Евглени зеленої), тому їх вивчають як окрему групу. Представлення еволюційних взаємовідносин поміж груп організмів здійснюється за допомогою ілюстрацій, які називають філогенетичними деревами (рис. 2).

Рисунок 2. Схематичне відображення еволюційних зв’язків

між основними групами організмів.

Сучасні критерії виду.

Як вам відомо, уперше поняття виду ввів англійський ботанік Дж. Рей (1693). Відтак створено різні концепції виду – системи поглядів на поняття виду в біології. Найдавнішою є типологічна (морфологічна) концепція виду. Її прибічником був К. Лінней, який визначав вид як сукупність подібних за будовою особин, що схрещуються між собою, дають плідне потомство й не змінюються з часом. На думку Ч. Дарвіна та його послідовників, види реально існують у вигляді сукупності особин, які подібні за будовою, відокремлені від інших і займають певний ареал на цей момент – вид розглядається як фрагмент неперервної еволюції. Головним критерієм виду за біологічною (ізоляційною) концепцією є репродуктивна ізоляція і, відповідно, відсутність гібридів в умовах проживання на одній території близьких видів.

Нові відкриття в біохімії, молекулярній біології, генетиці уможливили сучасне означення поняття вид.

Вид – сукупність особин, які подібні за будовою, процесами життєдіяльності, займають певний ареал, пристосовані до його умов, вільно

схрещуються й дають плідне потомство.

В основу визначення виду покладено всебічне вивчення організмів за певними характеристиками – критеріями. До них належать:

• морфологічний (будова організму, тканин, органів, систем органів);

• фізіологічний (процеси життєдіяльності організму);

• генетичний (особини одного виду мають подібний геном, особини навіть близьких видів – відмінні геноми);

• біохімічний (особливості будови й складу макромолекул і перебіг біохімічних реакцій);

• цитологічний (будова клітин);

• географічний (межі ареалу – території поширення виду);

• екологічний (місце, яке займає вид в екосистемі, та особливості його взаємодії з іншими видами).

Нині описано близько 1,2 млн видів організмів (рис. 3). Ретельне вивчення наявної класифікації дозволяє передбачити, що розмаїття життя на Землі значно більше: на суходолі мешкає близько 6,5 млн видів і 2,2 млн живе в океанських глибинах. Отже, знання точної кількості мешканців Землі є питанням науки, відповідь на яке все ще не знайдено.

Рисунок 3. Приклади видів організмів.

Пристосованість живих істот до умов існування учений Чарльз Роберт Дарвін пояснює у праці «Походження видів шляхом природного добору, або Збереження сприятливих порід у боротьбі за життя». Учений розглядає еволюцію як процес незворотних змін будови та функцій організмів протягом їхнього історичного існування, наслідком якого є пристосованість живого до умов навколишнього середовища.

Як головну рушійну силу еволюції вчений виокремлює природний добір – процес виживання найбільш пристосованих організмів певного виду до умов існування.

Цей процес відбувається на основі спадкової мінливості внаслідок боротьби за існування, а результатом є поява нових видів.

Створюючи теорію, Ч. Дарвін пов’язував дію природного добору з окремою особиною. Проте дослідження, засвідчили, що зрозуміти дію природного добору можна зважаючи на процеси, які відбуваються в групах організмів – популяціях.

Популяція. Мікроеволюція. Видоутворення.

У межах поширення виду його особини живуть сукупностями – популяціями.

Популяція – сукупність особин виду, яка займає частину території його поширення та ізольована від інших подібних сукупностей цього виду.

На еволюційні процеси в популяціях, крім природного добору, впливають елементарні фактори еволюції – популяційні хвилі, дрейф генів та ізоляція.

Популяційні хвилі – це періодичні або неперіодичні коливання чисельності популяцій у природних умовах. Унаслідок зменшення або збільшення чисельності особин частота зустрічальності тих чи інших алелів у генофонді популяції може змінюватися.

Дрейфом генів – випадкові неспрямовані зміни частот зустрічальності алелів у популяції.

Елементарним фактором еволюції є ізоляція – виникнення бар’єрів, що унеможливлюють схрещування між особинами одного виду.

Зміни популяцій, спричинені елементарними факторами еволюції (популяційними хвилями, дрейфом генів та ізоляцією), називають мікроеволюцією.

Видоутворення – еволюційний процес виникнення нових видів.

1) географічне – відбувається внаслідок географічної ізоляції, коли виникає розрив ареалу.

2) екологічне – спосіб видоутворення, який є результатом появи різних форм екологічної ізоляції.

Утворення нових видів може відбуватися у формі дивергенції, конвергенції та паралелізму.

Дивергенція – еволюційний процес розходження ознак споріднених груп організмів унаслідок адаптації до різних умов існування. Унаслідок дивергентної еволюції з предкової форми утворюється декілька груп, кожна з яких пристосовується до певних умов існування.

Паралелізм - еволюційний процес, коли в організмах можуть незалежно формуватися подібні пристосування.

Конвергенція - еволюційний процес, коли групи організмів, які не пов’язані безпосередніми родинними зв’язками, можуть пристосуватися до існування в однакових умовах.

Питання для самостійної роботи:

1. Що вивчає біологічна систематика? Назвіть розділи систематики.

2. Поясніть наукові принципи класифікації живого.

3. Дайте означення поняття вид. Перелічіть сучасні критерії виду.

4. Дайте означення понять еволюція, популяція, вид, видоутворення.

5. Що є головною рушійною силою еволюційного процесу?

6. Поясніть вплив елементарних факторів еволюції на процеси в популяціях.

7. Що таке географічне та екологічне видоутворення?

8. Поясніть утворення видів унаслідок дивергенції, конвергенції та паралелізму.