Основи еволюційної філогенії та систематики

Систематика - наука про різноманітність організмів

Головним завданням систематики є розроблення принципів класифікації організмів. Створюючи системи окремих груп організмів, учені-систематики прагнуть створити єдину всеосяжну систему органічного світу.

Систематику як науку започаткував видатний шведський учений Карл Лінней. Як і сучасні вчені, він вважав, що вид - це сукупність особин, подібних між собою за будовою, які дають плодючих нащадків. Звісно, сучасні погляди на вид у біології значно ширші. Вони враховують, зокрема, ще й мінливість видів та існування видів-двійників. К. Лінней ввів у науку принцип подвійних назв видів. Отже, назва кожного виду складається з двох слів латинською мовою, наприклад: Felis silvestris - кіт лісовий, Felis lynx - рись. У цих видових назвах перше слово (Felis) означає назву роду, до якого належить вид, а друге - видову назву. Така назва виду є науковою, тобто єдиною для вчених усіх країн.

Щоб зрозуміти, у чому полягає різниця між науковими (подаються латинською мовою) та народними (подаються мовою певних країн) назвами організмів, згадаємо поширену в Україні рослину - мелісу лікарську. У народі її називають по-різному: "лимонна м’ята", "роївник", "бджолина трава", "медівка". Але наукова її назва одна - Melissa officinalis.

Ще одним важливим внеском К. Ліннея було застосування системи взаємопідпорядкованих таксонів (ієрархічного принципу) у систематиці. Як і в систематиці рослин або грибів, так і в систематиці тварин споріднені види об’єднують у роди. Так, види кіт лісовий і рись належать до роду Кішки. Близькі роди об’єднують у родини. Наприклад, роди Кішки та Великі

Кіт лісовий (Felis silvestris) (1) та рись (Felis lynx) (2) - два види, що належать до роду Кіт (рід Felis)

Кішки (до цього роду входять лев, тигр, леопард та ягуар) - до родини Котячі. Близькі родини об’єднують у ряди. Наприклад, родини Котячі та Вовчі - це дві родини ряду Хижі. Близькі ряди, у свою чергу, складають клас. Наприклад, ряди Хижі, Гризуни та інші відносять до класу Ссавці. Класи об’єднують у типи. Наприклад, класи Птахи і Ссавці - це класи типу Хордові. Найвищою систематичною категорією є царство. Так, усі типи тварин складають царство Тварини. Таксон, що включає кілька царств, у сучасній біологічній класифікації організмів має назву домен. Тож царство Тварини належить до домену Еукаріоти (або Ядерні).

К. Лінней та інші вчені тих часів, створюючи свої системи різних груп організмів, спиралися лише на деякі, часто довільні, ознаки їх подібності. Тепер такі системи називають "штучними", оскільки вони часто не відповідають родинним зв’язкам між організмами.

Принципи сучасної систематики

Сучасна філогенетична, або природна, систематика базується на таких принципах:

• усі сучасні види є нащадками викопних форм, цим забезпечується безперервність життя;

• види утворюються переважно в результаті дивергенції, тому кожна систематична група є монофілетичною, тобто всі її члени походять від спільного предка;

• кожний тип (відділ) організмів має притаманний лише йому загальний план будови, який докорінно відрізняється від інших;

• різноманіття видів є наслідком їхніх пристосувань (адаптацій) до умов довкілля.

Сучасна систематика спирається на дані різноманітних наук. Особливу увагу приділяють молекулярно-генетичним дослідженням. Оскільки споріднені групи організмів походять від спільного предка, то вони успадковують від нього і багато груп спільних генів. Учені досліджують не лише ядерні гени, а й гени мітохондрій і хлоропластів.

Каріотипи капусти (1) та редьки (2)

Важливе значення для побудови сучасних систем організмів мають дослідження їхнього каріотипу: у споріднених організмів особливості хромосомного набору подібніші, ніж у неспоріднених. Навіть якщо два види мають подібну кількість хромосом (як-от, капуста та редька - по 18 у диплоїдному наборі), вони відрізнятимуться за особливостями будови хромосом окремих пар.

Сучасна систематика базується на біологічній концепції виду:

• види складаються з популяцій; групи популяцій одного виду можуть відрізнятись між собою за однією або декількома ознаками, утворюючи підвиди;

• наявність підвидів у межах певного виду свідчить про екологічну пластичність виду, а також є показником того, що всередині виду інтенсивно відбуваються мікроеволюційні процеси;

• популяції одного виду мають подібний генофонд, тому особини з різних популяцій можуть схрещуватись між собою;

• вид - єдина систематична одиниця, яка реально існує в природі;

• вид - це екологічна єдність: особини популяції взаємодіють як єдине ціле не тільки між собою, а й з популяціями інших видів певної екосистеми;

• особини різних видів між собою не схрещуються (явище репродуктивної ізоляції); якщо ж таке схрещування і відбувається, міжвидові гібриди зазвичай розмножуватись не здатні (вони стерильні).

Основні галузі систематики: класифікація і номенклатура. Класифікація - встановлення рангу і характеристика певних систематичних груп. Процес класифікації передує найменуванню таксонів, адже характер назви таксонів залежить від їхнього рангу. Спочатку вчені класифікують, тобто визначають ранг таксона, з яким вони мають справу. І лише після того вони надають правильні назви таким таксонам. Наприклад, учені-систематики виявили раніше не відомий науці організм і описують його як новий вид. Але такі організми водночас можуть виявитись і новим для науки родом.

Часто від точного визначення виду залежать і результати досліджень. Наприклад, малярійний комар, якого колись розглядали як один вид, насправді становить комплекс із шести видів-двійників. З них одні здатні переносити збудника малярії, інші - ні.

Сучасна система органічного світу - відображення процесу його еволюції

Сучасна систематика базується на тому, що споріднені таксони походять від спільного предка. Пригадайте: ще у другій половині XIX ст. видатний німецький учений Е. Геккель запропонував відображати родинні зв’язки між різними групами організмів у вигляді філогенетичних дерев. Тепер дослідники для графічного відображення родинних зв’язків між різними групами організмів використовують спеціальні комп’ютерні програми, які аналізують різноманітні риси подібності та відмінності між ними та будують так звані кладограми. На підставі аналізу численних ознак комп’ютер розподіляє досліджувані види по групах. При цьому довжина гілок, що сполучають окремі таксони, свідчать про тісноту родинних зв’язків між ними: що ці лінії коротші, то тісніші між ними родинні зв’язки.

Щорічно вчені описують десятки тисяч нових видів, тому за прогнозами фахівців, кількість сучасних видів може становити до 5 млн і більше. І кожний новий для науки вид має посісти своє місце в системі органічного світу. Разом з кількістю описаних нових видів зростає й кількість нових надвидових таксонів.

Отже, успіхи в галузі створення систем різних груп організмів привели вчених до ідеї про те, що ступінь подібності певних груп (видів, родів) одна до одної визначається їх історичним походженням від спільного предка. Оскільки різні таксони організмів виникли у процесі еволюції неодночасно, то, аналізуючи певні кладограми, можна зробити висновок, які таксони утворилися раніше, а які - пізніше.

Прокаріоти та еукаріоти

Сучасна класифікація організмів базується, зокрема, на особливостях будови їхніх клітин. Наприклад, клітини організмів домену Прокаріоти (Доядерні) мають просту будову: у них відсутнє сформоване ядро, більшість органел, оточених двома (мітохондрії, пластиди) чи однією (ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, лізосоми тощо) мембранами. До прокаріотів належать дві групи (царства): Археї та Бактерії.

Клітини організмів, що належать до домену Еукаріоти (Ядерні), хоча б на певних етапах розвитку (як-от, еритроцити більшості ссавців, ситоподібні трубки рослин) мають ядро. Їм притаманні різноманітні органели. Традиційно еукаріотів поділяють на групи (царства) Рослини, Гриби, Тварини. Нині вчені, ґрунтуючись на даних молекулярно-генетичних досліджень, пропонують іншу систему царств цих організмів.

Крім організмів, які мають клітинну будову, є й неклітинні форми життя: пріони, віроїди (про них ви дізналися раніше), а також віруси.

Визначте систематичне положення Собаки свійського.

Дайте відповіді на запитання:

• Що вивчає систематика?

• Які системи організмів називають штучними?

• У чому полягає принцип подвійних назв організмів?