Принципы и методы классификации организмов

Систематика живых организмов.

 

План

 

1. Естественные и искусственные системы.

2. Методы классификации организмов.

3. Принципы современной классификации и правила номенклатуры.

4. Клеточные и внеклеточные формы жизни.

 

1. Естественные и искусственные системы.

 

На Земле идентифицировано около 2 миллионов животных и растений, включая виды, которые жили в далёком прошлом, но затем вымерли. На долю растений приходится 500 тысяч видов, а на долю животных около 1500000 ви­дов. Непрерывно открываются новые виды растений и животных. Чтобы изу­чить всё биоразнообразие, нужна классификация на сходные группы или кате­гории. Задачу классификации организмов решает наука систематика. Система­тика - наука о многообразии живой природы.

В задачу систематики входит нахождение названий единиц классификации (таксонов), а также изучение эволюционных взаимоотношений между всеми единицами классификации. Классификация - это процесс установления и ха­рактеристики систематических групп.

Разделами систематики являются таксономия и номенклатура, а также филогенетика.

Таксономия представляет собой теорию и практику классификации. Номенклатура - совокупность названий таксонов. Филогенетика - установление родства между организмами в историческом плане.

Самые первые попытки классификации принадлежали Аристотелю и Теофрасту. Они подразделяли растения на травы, кустарники и деревья, а животных на ряд групп в зависимости от местообитания: водные, земные, воздушные.

Далее для классификации организмов использовали признаки, такие как полезность, вредность или безвредность.

Названные системы классификации были эмпирическими или искусственными системами, т.к. они не основывались на единстве происхождения живых существ.

Искусственные системы в классификации организмов условно используют и сейчас, когда характеризуют организмы учитывая их хозяйственные признаки. Например растения делят на культурные и дикорастущие, съедобные и ядо­витые. лекарственные и кормовые. Животных делят на домашних и диких, на вредителей и паразитов. Однако эти классификации не имеют научной ценности.

Естественные системы. Чрезвычайно важным шагом на пути к научной классификации организмов оказалось создание в 1663 году английским есте­ствоиспытателем Д. Реем (1627-1705) концепции вида. Он считал, что видом является группа сходных организмов, имеющих сходных предков, и что «один вид никогда не зарождается из семян другого вида». Принимая вид в качестве реальной, но неизменной категории Д. Рей классифицировал организмы на несколько групп по некоторым анатомическим особенностям, например по строению копыт, рогов. Классификация была примитивной, но она дала начало естественным системам классификации.

Основы современной классификации растений и животных были заложены в 18 веке шведским учёным К. Линнеем. Он определил вид основной систематической единицей и считал, что со времени создания виды постоянны и неизменны. Ввёл в оборот такие таксономические единицы как вид, род, отряд, класс, разместив их в виде иерархической системы и определив их соподчинённость. Например, класс, включает в себя несколько отрядов, отряд - несколько родов, род - несколько видов.

Для научного наименования организмов он ввёл так называемую бинарную номенклатуру, в соответствии с которой наименование организмов одного вида, принадлежащих к одному роду, состоит из родового и видового латинских названий, причём первым словом является обозначение рода, вторым - вида. Линнеевская система является естественной системой классификации. Вклад в систематику внёс Ж.Б. Ламарк, который разделил животных на беспозвоночных и позвоночных, а также определил основные типы червей (плоские, круглые, кольчатые).

В 19 веке француз Ж.Кювье (1769-1832) ввёл в оборот понятие о типе животных и описал несколько типов.

Позднее стали объединять роды в семейства, семейства в отряды, отряды в классы, классы в типы, типы в царства.

Э.Геккель (1834-1919) разделил живой мир на три царства: протисты, животные и растения. Он предложил понятие генеалогического древа.Главные категории - стволы. Из одного ствола происходят классы, отряды, семейства, роды. Позднее были предложены и другие подразделения царств.

 

2. Методы классификации организмов

 

Систематика, обладает своей методологией. Выделяют следующие методы: сравнительно-морфологический, анатомический, палеонтологический, эмбриологический, географический, экологический, ги­бридологический, кариологический, иммунологический и серологический, тератологический, хемотаксономический, математический.

Сравнительно-морфологический и анатомический методы. Применяя данные методы в систематике учёные обращают внимание на особенности строе­ния организмов, на их морфологию.

Палеонтологический. Ископаемые остатки представляют собой прямые документальные свидетельства исторического (эволюционного) развития органического мира. Единственный недостаток метода разрозненность, неповнота ископаемого материала. Организмы последующих эпох являются потомками организмов из предыдущих эпох, и поэтому, между таксономическими группами должны существовать переходные формы - недостающие звенья исторической цепи.

Эмбриологический метод основан на сходстве строения зародышей или жизненных циклов у близкородственных групп. Чем более близкими родствен- киками являются сравниваемые организмы, тем на более поздних стадиях онто- генеза будет наблюдаться расхождение признаков. «Онтогенез есть краткое по­вторение филогенеза» - Закон Геккеля-Мюллера.

Географический и экологический методы учитывают характер распростра­нения таксона и условия его существования. Близкородственные виды и роды возникают обычно на одной территории, и какое то время совместно существу­ют на ней.

Гибридологический метод позволяет установить степень родства на основании возможности скрещивания. Близкородственные виды и рода дают при скрещивании гибриды. Например мулы гибрид полученный в результате скре­щивания лошади и осла относящихся к одному роду.

Кариологический метод позволяет установить степень родства организмов на основании сходства строения хромосомного аппарата. Особое внимание уделяется числу гаплоидного и диплоидного наборов хромосом.

Иммунологический и сеоологический методы позволяют установить степень родственных связей между организмами на основании сходства и несходства защитных реакций и общей организации иммунной системы. Известно, что формы врождённого иммунитета (врождённой невосприимчивости к определённым возбудителям-патогенам) являются видовыми признаками. Человек, например не болеет чумкой кошек и собак.

Тератологический метод основан на сходстве механизмов развития уродств (терат) у родственных групп организмов. Этот метод позволяет установить скрытые возможности реализации генотипов, проливает свет на ход эволюционного процесса. Большое значение придаётся атавизмам - признакам, не характерным в норме для всех представителей данного вида. Например, случаи хвостатосте или многососковости.

Хемотаксономический метод основан на использовании биохимических свойств организмов как диагностических признаков, позволяющих установить степень их родства и положение в системе. Основываясь на биохимических данных удаётся выстроить целую систему. Например «молекулярное древо» млекопитающих, при построении которого сравнивалась структура молекул ге­моглобина крови. Для семейства астровых характерно образование и накопле­ние в клетках полисахарида инулина, а не крахмала как у большинства растений.

Математический метод. Построен на определении наибольшего числа общих признаков, чем их больше, тем ближе в систематическом плане таксоны.

3. Принципы современной классификации и правила номенклатуры

 

В связи с совершенствованием классификации сейчас выделяют ещё более дифференцированные систематические единицы в пределах основных система­тических групп (таксонов), добавляя к ним приставку над или под (надцарство, подцарство, надсемейство, подсемейство, надтип, подтип). Часто выделяют та­кие таксоны, как раздел, надраздел, триба.

Принято использовать следующие категории таксономической иерархии: царство (растения, животные, грибы); отдел для растений, грибов и бактерий или тип для животных; класс; порядок для растений грибов и бактерий или отряд для животных; семейство; триба; род; секция; вид; разновидность; форма. Каждая таксономическая категория имеет название на латинском и на национальном языках. Все названия категорий рангом выше вида однословны, например царство - животные, семейство - люди, род человек. Название вида состоит из двух слов название рода (имя существительное), и видовое название (имя прилагательное), например Человек разумный.

Название таксонов устанавливаются согласно принципам и правилам, из­ложенным в международных кодексах ботанической и зоологической номен­клатуры. Кодексы разрабатываются и принимаются Международными номен­клатурными комитетами, или международными номенклатурными конгрессами.

Царство - животные (Animalia)

Подцарство - многоклеточные (Metazoa)

Тип - хордовые (Chordata)

Подтип - позвоночных (Vertebrata)

Класс - млекопитающих (зверей) (Mammalia)

Подкласс - высших или настоящих зверей (Eutheria)

Отряд - приматы (Primates)

Подотряд - узконосых обезьян (Catarrhina), высших узконосых обезьян (Hylobatidae)

Надсемейство высших приматов (Hominоidae)

Семейство - людей (Hominidae)

Род - человек (Homo)

Вид - человек разумный (Homo sapiens)

Подвид - Современный человек (Homo sapiens subspecies sapiens)

 

4. Клеточные и внеклеточные формы жизни.

 

Формы жизни

Внеклеточные	Клеточные
Вирусы	Прокариоты	Эукариоты
Бактерии	Г рибы	Растения	Животные

 

Вирусы - вирионы вирусов состоят из нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) заключённой в белковый чехол (капсид или суперкапсид) состоящий из повторяющихся структурных единиц капсомеров.

Вирусы способны «навязывать» свою генетическую программу клетке хозяина.

Этапы взаимодействия вириона с клеткой:

1. Опознание вирусом своей клетки с помощью рецепторов.2. Адсорбция-прикрепление вириона к поверхности клеточной оболочки. 3. Проникнове­ние через мембрану. 4. Освобождение от капсида. 5. Транскрипция вирусной нуклеиновой кислоты. 6. Трансляция вирусных белков - структурных и фер­ментативных. 7. Сборка вирионов в ядре или цитоплазме. 8. Выход вириона из клетки.

Бактерии являются одноклеточными микроскопическими организмами. На основе метода окраски различают грамположительные и грамотрицательные м/о. В зависимости от формы бактерий различают бациллы, стафиллококи, диплококки, стрептококки, вибрионы, спириллы. Бактерии многих видов подвижны, обладая жгутиками или ресничками. Бактерии не имеют хлоропласты, митохондрии, центриоли, ядерной мембраной, ядрышками. Размножаются путём деления или спорообразование. Большинство гетеротрофы, часть авто­трофами или хемосинтезирующими. Аэробами или анаэробами. Значение бак­терий велико: брожение, гниение, минерализация, азотфиксация у клубень­ковых бактерий, молочнокислые используются в промышленности, являются некоторые возбудителями заболеваний.

Грибы имеют выраженную клеточную оболочку, гетеротрофный тип пита­ния. Грибы способны вступать в симбиотические отношения с водорослями, образуя лишайники. Встречаются как одноклеточные, так и многоклеточные грибы. Запасным питательным веществом является гликоген. Клеточные стенки, содержащие хитин, выполняют опорную функцию. Продуктами обмена является мочевина. Размеры колеблются от микроскопических до крупных экземпляров. Основа плодового тела крупных грибов - грибница, или мицелий, она представляет собой систему тонких нитей - гиф, часть грибнице в почве - субстратная грибница, а часть наружная грибница на ней формируются органы размножения. Грибы размножаются бесполым и половым путём. Бесполым либо вегетативно - частями растения, либо спорами. Споры развиваются в спорангиях, возникающих на специализированных гифах - спорангиеносцах, поднимающихся над субстратом. Значение очень велико применяются в пищевой промышленности, некоторые вызывают грибковые заболевания, участвуют в минерализации органических веществ, есть хищные грибы захватывающие мелких червей.

Растения - практически все автотрофы. Это обуславливает преобладание в метаболизме синтетических процессов (анаболизма) над реакциями освобо­ждения энергии (катаболизма). Обязательным продуктом метаболизма расте­ний является клеточный сок. Клетка растений имеет ядро и органоиды. Она от­личается от животной:

1. прочной клеточной стенкой значительной толщины состоящей преиму­щественно из целлюлозы;

2. пластидами, в которых происходит первичный синтез органических веществ за счёт фотосинтеза;

3. развитой системой вакуолей, обусловливающих осмотические свойства клеток.

Растения подразделяют на низшие растения и высшие. К низшим относят группу отделов водорослей, к высшим - отделы: мхи, плауны, хвощи, папорот­ники, голосеменные, покрытосеменные (цветковые). В отличие от низших у высших растений имеются ткани и органы. У всех высших растений мужские и женские репродуктивные органы многоклеточные. Онтогенез у высших расте­ний подразделяется на эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Высшие растения по строению женских половых органов распределяются на архегониальные и пестичные. Первая включает, например, отделы Моховидные, Плауновидные, Хвощевидные, Папоротниковидные, Голосеменные и объединяет более 50 тыс. видов. Вторая группа - пестичные, представлена одним отделом - покрытосеменными, или цветковые, женским половым органом которых является пестик. У высших растений появляются органы и ткани. Раз­личают образовательные, покровные, проводящие, механические, основные и выделительные ткани. Органы высших растений подразделяются на вегетатив­ные и генеративные. К вегетативным относят корень, побег который состоит из стебля, листьев, почек - зачаточный побег, корневище - это сильно изменён­ный подземный побег.

К генеративным относят цветок - орган семенного раз­множения. В центре хорошо заметен пестик - женская часть цветка, состоящая из рыльца, столбика и завязи. Завязь защищает семяпочку. Пестик окружён ты­чинками; каждая из них имеет пыльник, внутри которого созревает пыльца - микроспоры. Пыльник расположен на тычиночной нити. Тычинки и пестик за­щищены венчиком, состоящим из лепестков, окружённых чашелистиками. Цветки, у которых есть и тычинки, и пестик, называются обоеполыми. Цветки, имеющие только тычинки или только пестики, носят название однополых. Опыление - процесс переноса пыльцы с тычинок на рыльце пестика. Различают самоопыление и перекрёстное опыление.

Оплодотворение у цветковых растений двойное, т.к. в пыльцевом зерне развивается два спермия, из которых один сливается с яйцеклеткой, а другой - с крупной центральной клеткой. Образование мужского гаметофита происходит в развивающейся тычинке, там возникают пыльники - микроспорангии, где вследствие мейоза формируются гаплоидные микроспоры. В микроспорах ядро делится митозом, в результате чего микроспора (пыльцевое зерно) превращается в мужской гаметофит, содержа­щий две одинаковые гаплоидные клетки - вегетативную и генеративную. После попадания пыльцевого зерна на рыльце пестика оно прорастает, и пыльцевая трубка, развивающаяся из вегетативной клетки, достигает семязачатка. В это время ядро генеративной клетки делится митозом, в результате чего образуются два спермия. Начало женскому гаметофиту даёт одна из клеток мегаспор, образующихся в мегаспорангии. Таким мегаспорангием у покрытосемянных является семяпочка. Материнская клетка зародышевого мешка в процессе мейоза делится дважды, образуя четыре гаплоидных клетки, три из которых погибают. Оставшаяся - делится митозом три раза. Образуются несколько одинаковых гаплоидных клеток, из которых одна яйцеклетка. Другие идут на образование зародышевого мешка и формирование центральной диплоидной клетки. Один из спермиев сливается с яйцеклеткой - зародыш. Второй спермий сливается с диплоидным центральным зерном, в результате возникает триплоидная клетка - питательная ткань (эндосперм). Такой способ называется двойным оплодотво­рением.

Животные. Среди обитателей нашей планеты насчитывают 1,5 - 2 млн. видов животных. Эти организмы характеризуются специфическими чертами: гетеротрофным питанием, отсутствием прочной клеточной стенки, центриолями, особенностями обмена веществ, подвижностью, ограниченным ростом.

В настоящее время зоологи делят царство животных на два подцарства - одноклеточные и многоклеточные.

Современный человек относится к царству животных подцарству многоклеточных.