Урок 2 Принципы систематики Задания для самоподготовки

• Выпишите в тетрадь определения: эволюция, классификация, систематика.

• Выпишите в тетрадь названия видов растений и животных, обитающих в окрестностях школы или дома (дачного участка).

Вклад Аристотеля в становление систематики. В работе «История животных» Аристотель впервые предложил систематику животных, объединив всех животных в две большие группы: животные с кровью и бескровные животные. Животных с кровью разделил на яйцекладущих и живородящих (схема 2).

Схема 2. Система животного мира по Аристотелю (в скобках приведены соответствующие современные систематические названия)

В другой своей работе Аристотель при классификации организмов впервые выдвинул принцип «лестницы существ»: природа – это непрерывный ряд усложняющихся форм от неживых тел к растениям, от растений к животным и далее до человека (Рис.1).

В Средневековье в Европе распространилось идеалистическое мировоззрение, основанное на церковных догматах. Творцом всего живого был провозглашён Высший разум, или Бог. Рассматривая природу с таких позиций, учёные считали, что живые существа являются материальным воплощением идей Творца, они совершенны, отвечают цели своего существования и неизменны во времени (принцип изначальной целесообразности). Такое метафизическое направление в развитии биологии называется креационизм (от лат. creation – создание, творение).

Р

Минералы

Растения

ис.1. «Лестница существ» Аристотеля

Интерес к биологии особенно возрос в эпоху Великих географических открытий.

В 1492 г. была открыта Америка. Интенсивная торговля и путешествия расширяли сведения о растениях и животных. В Европу завозили новые растения: картофель, томаты, подсолнечник, кукурузу, корицу, табак и многое другое. Учёные описывали множество невиданных ранее видов животных и растений. Возникла насущная необходимость создать единую научную классификацию живых организмов. В этот период было создано множество классификаций растений и животных, но все они имели формальный характер и не отражали степень родства между организмами.

Пример искусственной системы растений по Джону Паркинсону («Theatrum Botanicum», 1640 г.):

1. Сладкие пушистые растения

2. Прочищающие растения

3. Снотворные и вредные растения

4. Камнеломки

5. Целебные травы

6. Травы для прохладительных напитков

7. Растения для горячих напитков и острые пряности

8. Зонтичные растения

9. Сорные растения

10. Опушённые травы

11. Бобовые

12. Зерновые

13. Травы

14. Болотные и морские растения, мхи и грибы

15. Не поддающиеся классификации растения

16. Деревья и кустарники

17. Экзотические, необычные и несухопутные растения.

Чаще всего создавались практические (утилитарные) системы, в которых растения и животные объединялись в группы в зависимости от их пользы для человека или приносимого ими вреда. Например, выделяли лекарственные, садовые или огородные культуры. Понятия «домашний скот» или «ядовитые животные» служили для обозначения самых разных по своему строению и происхождению животных. Вследствие удобства практическая классификация видов применяется до сих пор. Однако учёных классификация живых организмов по признаку полезности (утилитарности) удовлетворить не могла. Они искали такие свойства, которые позволили бы объединить растения и животных в группы по сходству в строении и жизнедеятельности. Первоначально за основу систематики брали один или небольшое количество произвольно выбранных признаков. Понятно, что при этом в одну и ту же группу попадали совершенно неродственные организмы, стоило взять вместо одного признака другой, как вся система изменялась. Для видов животных и растений не было общепринятых названий. Наименования видов представляли собой громоздкое перечисление признаков. Например, шиповник обыкновенный называли розой лесной, обыкновенной, с цветками душистыми и розовыми. Дуб красный назывался «дуб с листьями, имеющими глубокие прорези, оканчивающимися волосоподобными зубчиками». На протяжении XVI-XVIII веков продолжалась работа по описанию животных и растений, их систематизация.

Вклад Карла Линнея в развитие систематики. Большой вклад в создание системы природы внёс выдающийся шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778 гг.). Он уже в 28 лет опубликовал свою самую известную работу «Система природы», в которой охарактеризовал основные принципы систематики – науки о классификации живых организмов. Разработав краткие и чёткие определения признаков (критериев), учёный описал около 10000 видов растений и более 4000 видов животных. Линней считал вид реальной и элементарной единицей живой природы, имеющей не только морфологические, но и физиологические критерии (например, нескрещиваемость видов). Для обозначения видов К.Линней ввёл бинарную (двойную) номенклатуру («Виды растений», 1753 г.). Первое слово названия растения или животного обозначало род, второе – вид. Линней давал видовые названия на латинском языке, который был международным научным языком в XVIII веке. Использование латыни сделало его систему природы универсальной и понятной во всём мире. Например, Lathуrus pratensis – чина луговая, Lathуrus silvestris – чина лесная. Сanis familiaris – собака домашняя, Сanis lupus – собака-волк. Название рода является общим для всех видов, которые он объединяет: Lathуrus – чина, Сanis – собака. Принцип двойных названий экономный, так как требует особых названий для родов, и сохранился в систематике и в настоящее время.

В основу своей классификации Линней положил принцип иерархичности (соподчинённости) таксонов (от греч. taхis – расположение в порядке). Согласно этому принципу несколько мелких таксонов (видов) объединяются в более крупный род, роды объединяются в отряды и т.д. Самым крупным таксоном в системе Линнея был класс.

В систематике Линнея отсутствовали категории семейство, подкласс.

Карл Линней построил первую научную систему живой природы, которая включала всех известных в то время животных и все растения и была самой совершенной для второй половины XVIII века. Впервые человек на основе внешнего сходства был помещён в один отряд с обезьянами. Однако, распределяя организмы по таксономическим группам, Линней учитывал ограниченное количество произвольно взятых признаков. Например, все животные были разделены на 6 классов по строению дыхательной и кровеносной систем: черви, насекомые, рыбы, гады, птицы и звери. Внутри классов Линней основывался на более мелких признаках. Например, птиц он объединял по клюву, а зверей – по строению зубов. В один отряд Линней объединил муравьеда, ленивца и слона по признаку отсутствия зубов, не зная, что бивни – это гигантские разросшиеся резцы. На самом деле слон относится к отряду хоботных, а ленивец и муравьед – к отряду неполнозубых. По сходству в строении клюва курица и страус попали в один отряд, тогда как по совокупности признаков они принадлежат к разным подклассам птиц (килегрудых и бескилевых).

Среди цветковых растений Линней выделил 24 класса и 116 отрядов, взяв за основу классификации различия в строении цветка (Рис. 2). Первые 13 классов отличались друг от друга только по количеству тычинок. Ему удалось также выделить 67 порядков у растений, ссылаясь при этом на интуицию и «инстинкт натуралиста». Это привело к тому, что в одну систематическую группу попадали организмы, далеко стоящие друг от друга по степени родства. В один класс попали сирень и злак пахучий колосок, а в другой класс – рис и тюльпан. Например, морковь и смородина были отнесены к классу пятитычинковых, а манжетка и повилика – к классу четырёхтычинковых. Согласно современной систематике эти растения принадлежат к классу двудольные: морковь из семейства зонтичные, смородина – крыжовниковые, манжетка – розоцветные, повилика – повиликовые. Все растения, не имеющие цветков, Линней определил в класс тайнобрачные. Однако наряду с водорослями, мохообразными, папоротниками, голосеменными растениями он отнёс туда также грибы и лишайники.

Осознавая искусственность своей системы природы, Линней писал: «Искусственная система служит только до тех пор, пока не создана естественная».

Однако, что означало для учёного XVIII века понятие «естественная система»? Как теперь известно, естественная система отражает происхождение животных и растений и основана на их родстве и сходстве по совокупности существенных черт строения. Во время господства религиозных представлений учёные полагали, что виды организмов созданы независимо друг от друга творцом и неизменны. «Видов столько, – говорил Линней, – сколько различных форм создал в начале мира Всемогущий». Поэтому поиски естественной системы природы означали для биологов попытки проникновения в план творения, которым руководствовался БОГ, создавая всё живое на Земле. Совершенство строения видов, взаимное соответствие внутренних органов, приспособленность к условиям существования объяснялись мудростью Творца.

Карл Линней так выразил своё кредо учёного: «Когда я впервые стал изучать природу, я увидел её противоречие с тем, что можно было бы считать замыслом Творца. Я отбросил прочь предубеждения, стал во всём сомневаться, и тогда мои глаза впервые открылись, и я увидел истину».

1

Значение трудов

Карла Линнея

. Предложил первую научную систему растений и животных.

2. Ввёл международный принцип двойных названий видов.

3. Установил принцип соподчинённости систематических категорий.

4. Описал все известные виды растений и животных.

5. Реформировал ботанический язык, определив до 1000 терминов, многие из которых ввёл впервые.

К.Линней и его последователи провели огромную работу по изучению и систематизации разрозненного фактического материала, накопленного их предшественниками. Так была заложена научная основа для дальнейшего изучения природы.

К концу ХVIII в. во многом изменились общественно-политические взгляды, особенно во Франции. Развитие революционных идей, Французская революция, становление капиталистических форм производства, научные открытия подрывали метафизические представления о неизменности природы и общества. Появились высказывания о происхождении современных видов растений и животных от далёких предков.

Вклад Ж.-Б. Ламарка в развитие систематики. В начале ХIХ в. французским учёным Жаном Батистом Ламарком (1744-1829 гг.) была создана первая эволюционная теория, которую он изложил в работе «Философия природы» (1809). Ламарк подверг критике метафизическое понятие о постоянстве и неизменяемости видов. По его мнению, каждый вид произошёл крайне медленно и потому незаметно. Это положение снимало главный аргумент сторонников идеи о постоянстве и неизменности видов. Занимаясь систематикой, Ламарк пришёл к выводу о наличии незаметных переходов между видами. Живая природа представлялась ему как ряды непрерывно меняющихся особей, которые человек лишь в воображении объединяет в виды. Смело отвергнув идею постоянства видов, Ламарк стал ошибочно отрицать сам факт наличия их в природе. Однако впоследствии он пришёл к правильному пониманию вида: виды действительно существуют в природе, но не вечно, а в течение определённых промежутков времени, т.е. виды относительно постоянны.

В результате занятий систематикой растений и животных Ламарк:

• решил, что организмы следует располагать в системе как ступени лестницы, изображающей исторический путь развития живой природы от низкоорганизованных форм жизни к высокоорганизованным;

• обратил внимание на сходство существенных черт строения у животных, не относящихся к одному виду.

Ламарк объединил беспозвоночных и позвоночных животных в 14 классов на основе сходства в строении кровеносной и нервной систем. Ламарк выделил 10 классов беспозвоночных животных вместо двух у Линнея (Насекомые и Черви). Названия классов «Ракообразные», «Паукообразные», «Насекомые» сохранились до наших дней. Группы «Моллюски», «Кольчатые черви» возведены в ранг типов. Эти классы он разместил на шести ступенях (Рис. 2). Каждая следующая более высокая ступень характеризуется усложнением в строении кровеносной и нервной систем. Постепенное повышение организации живых существ в процессе эволюции Ламарк назвал градацией (восхождением). Принцип градации, выдвинутый Ламарком, правильно отражает путь исторического развития живой природы от простого к сложному, от низшего к высшему. Ламарк первым применил термины «родство», «родственные связи» для обозначения единства происхождения живых существ, ввёл термин «биология». В этом большая заслуга учёного.

Известное несовершенство систематики Ламарка объясняется уровнем развития науки того времени, но в ней есть главное – стремление избежать искусственности группировок. Он впервые поставил вопрос о причинах сходства и возникновения различий у животных: «Мог ли я рассматривать … ряд животных от самых совершенных из них до несовершеннейших и не попытаться установить, от чего может зависеть этот замечательнейший факт? Не должен ли был я предположить, что природа последовательно создавала различные тела, восходя от простейшего к более сложному?». Обратим внимание на слова «природа создавала». Впервые со времён Лукреция учёный осмеливается сказать, что не Бог создавал организмы разной степени сложности, а природа на основе естественных законов.

Значение трудов Ж.-Б. Ламарка

1. Установил родство между видами.

2. Заложил основы естественной систематики, основываясь на принципах градации и историзма (развития и изменяемости природы).

3. Создал первую эволюционную теорию.

VI

2. Полипы

1. Инфузории

Рис.2. Система животных по Ламарку

Современная система живой природы. Для построения системы живых организмов применяется совокупность наиболее существенных признаков: изучается историческое развитие по ископаемым остаткам, устанавливается сложность анатомического строения современных видов, выясняются особенности размножения, сложность организации (доклеточные – клеточные, безъядерные – ядерные, одноклеточные – многоклеточные), сравниваются эмбриональное развитие, особенности химического состава, тип запасаемых веществ, современное и прошлое распространение на нашей планете. Все названные особенности позволяют определить положение вида среди остальных и построить естественную систему, отражающую степень родства между группами организмов (Схема 3).

ИМПЕРИЯ

Доклеточные и Клеточные

Безъядерные и Ядерные

НАДЦАРСТВО

Растения. Животные. Грибы. Дробянки. Вирусы

ЦАРСТВО

Простейшие и Многоклеточные

ПОДЦАРСТВО

Например, Кишечнополостные или Хордовые

ТИП

Например, Насекомые или Млекопитающие

КЛАСС

Например, Чешуекрылые или Ластоногие

ОТРЯД

Например, Белянки или Медвежьи

СЕМЕЙСТВО

Например, Белянка или Медведи

РОД

Например, капустная белянка или медведь белый

ВИД

Схема 3. Схема соподчинения систематических единиц

В настоящее время организмы распределяют по группам, используя систематические категории: империя, надцарство, царство, подцарство, тип (отдел – для растений), класс, отряд (порядок – для растений), семейство, род, вид. Для обширных систематических групп добавляют промежуточные категории: подтип, надкласс, подкласс, подвид.

Многочисленность систематических категорий вызывается чрезвычайным многообразием видов и стремлением учёных дать такую систему растительного и животного мира, которая отображала бы родственные связи между группами организмов.

Каждая высшая систематическая группа, начиная от рода, объединяет группы, стоящие по рангу ниже и имеющие общего предка. Род объединяет виды, произошедшие от одного предка и оказавшиеся в результате естественного отбора и дивергенции способными существовать и успешно размножаться в различных экологических нишах.

Особой симбиотической группой организмов являются лишайники. В состав тела лишайника входит представитель царства Грибы. Вторым компонентом лишайника является либо одноклеточная водоросль, либо представитель группы сине-зелёных. Между организмами, входящими в состав тела лишайника, складываются взаимовыгодные отношения. Гифы гриба, оплетающие клетки водоросли, доставляют к ним минеральные соли, растворённые в воде. Одноклеточная водоросль (или представитель сине-зелёных) осуществляет процесс фотосинтеза и созданными таким образом органическими веществами «делится» с грибом.