Основи еволюційної філогенії та систематики
- 27-09-2021, 21:35
- 452
9 Клас , Біологія 9 клас Остапченко, Балан, Поліщук
§ 45. Основи еволюційної філогенії та систематики
Пригадайте, які систематичні одиниці використовують у систематиці рослин, грибів і тварин. Що таке філогенія? Які критерії виду використовують у сучасній біології? Що таке мікроеволюція, видоутворення та макроеволюція? Які існують варіанти видоутворення? Які види називають видами-двійниками?
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. З курсу біології 6 та 7 класів ви знаєте, що саме К. Лінней ввів у науку принцип подвійних назв видів. Отже, назва кожного виду складається з двох слів латинською мовою, наприклад: Felis silvestris1 - кіт лісовий, Felis lynx - рись (мал. 244). 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 (мал. 245). У народі її називають по-різному: «лимонна м’ята», «роївник», «бджолина трава», «медівка» тощо. Але наукова її назва одна - Melissa officinalis.
Ще одним важливим внеском К. Ліннея було застосування системи взаємопідпорядкованих таксонів (ієрархічного принципу) у систематиці (мал. 246).
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
1 Латинські назви організмів наведено не для запам’ятовування.
Запам’ятаємо: учені-систематики описують усіх істот, які мешкають на нашій планеті тепер або ж мешкали колись, дають їм назви та класифікують, тобто розподіляють по таксонах різного рангу.
Мал. 244. Кіт лісовий (Felis silvestris) (1) та рись (Felis lynx) (2) - два види, що належать до роду Кіт (рід Felis)
Мал. 245. Меліса лікарська (Melissa officinalis)
Мал. 246. Схема, яка ілюструє принцип ієрархічності таксонів у систематиці.
Завдання. Проаналізуйте схему та визначте, які систематичні одиниці використовують як в ботаніці, так і в зоології, а які - лише в ботаніці)
Цікаво знати
Значний внесок у розвиток сучасної систематики зробив американський біолог Ернст Уолтер Майр (мал. 247). Він брав участь у розробленні біологічної концепції виду та розвитку синтетичної теорії еволюції, зокрема досліджував механізми видоутворення.
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.
Цікаво знати
К. Лінней помістив у рід Ящірка не тільки справжніх ящірок, а й саламандр і крокодилів (мал. 248). Однак ці тварини належать до різних класів: саламандри - до класу Амфібії, ящірки та крокодили - до класу Рептилії.
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.
Мал. 247. Ернст Уолтер Майр (1904-2005), професор Гарвардського університету (США): відомий своїм внеском у розвиток еволюційної теорії та працями в галузі орнітології - науки про птахів
Мал. 248. Приклад штучної системи організмів: К. Лінней, спираючись на схожість у зовнішній будові, об’єднав в один рід і ящірок (1), і саламандр (2), і крокодилів (3)
Цікаво знати
У сучасній біосфері налічують близько 2 млн видів живих істот, з них тварин - понад 1,5 млн, рослин - близько 600 тис., грибів - понад 100 тис. видів, решта - прокаріоти. Вважають, що життя на Землі з’явилося 3,8 млрд років тому. На сьогодні описано кілька сотень тисяч вимерлих видів. Учені припускають, що у викопному стані зберігається не більше ніж 0,1-1 % дійсного числа видів, що існували в різні відрізки часу історії Землі. Загальна кількість сучасних і вимерлих видів може становити від 100 млн видів і більше. Це величезне біорізноманіття зумовлене існуванням різних рівнів організації живої матерії та пристосуваннями організмів до різних умов життя.
Запам’ятаємо: що більше спільних груп генів мають організми певних груп, то тісніші між організмами родинні зв’язки. Пригадайте: геноми Людини розумної (рід Люди) та шимпанзе звичайного (рід Шимпанзе), які належать до родини Гомініди, збігаються на 98,7 %. Натомість послідовності молекул ДНК різних рас Людини розумної відрізняються тільки на 0,5 % генома.
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.
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; мал. 249), 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 (пригадайте, що це за 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.
Мал. 249. Каріотипи капусти (1) та редьки (2). Завдання. Знайдіть відмінності між ними
Цікаво знати
Під час утворення наукових назв певних груп організмів дослідники керуються положеннями кодексів біологічної номенклатури. Це зведення правил, які регламентують утворення й застосування наукових назв живих організмів. Існують «Міжнародний кодекс зоологічної номенклатури», «Міжнародний кодекс ботанічної номенклатури», «Міжнародний кодекс номенклатури бактерій», «Вірусологічний кодекс».
Кладограма (від грец. кладон - гілка) - спосіб графічного відображення родинних зв’язків між окремими групами організмів.
Сучасна система органічного світу — відображення процесу його еволюції. Ми вже згадували, що 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 тощо) 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.
Цікаво знати
На малюнку 250 наведено дві кладограми, які містять одну й ту саму інформацію. Аналізуючи їх, можна зробити висновок, що таксони А та В мають тісніші родинні зв’язки, ніж кожний з них із таксоном С. Якщо таксони А, В, С - це види, можна припустити, що види А та В належать до одного роду, а вид С - до іншого. Лінія в основі кладограми вказує, що обидва роди походять від спільного предка.
Мал. 250. Два варіанти кладограм, які відображають родинні зв’язки між трьома таксонами: А, В та С. Завдання. Поміркуйте, які з таксонів виникли раніше, а які - пізніше
Коротко про головне
Головним завданням систематики є розроблення принципів класифікації організмів як тих, що існують тепер, так і тих, що мешкали колись. Базуючись на даних досліджень різних наук, учені-систематики створюють природні (філогенетичні) системи організмів. Ці групи мають бути монофілетичними, тобто повинні включати всіх нащадків спільного предка.
Сучасна система органічного світу є відображенням процесу його еволюції, тобто показує, у якій послідовності ті чи інші групи організмів відокремлювались від спільного предка. Залежно від будови клітин усіх організмів поділяють на прокаріотів та еукаріотів.
Ключові терміни та поняття: принцип подвійних назв організмів, штучна та природна (філогенетична) системи організмів, домен, монофілетична група, кладограма.
Перевірте здобуті знання
1. Що вивчає систематика? 2. Які системи організмів називають штучними, а які - природними (філогенетичними)? 3. Які групи організмів називають монофілетичними? 4. Що таке класифікація організмів? 5. У чому полягає принцип подвійних назв організмів? Наведіть приклади. 6. Чим характеризуються прокаріоти та еукаріоти?
Поміркуйте
Чому філогенетичну систему організмів вважають відображенням процесу еволюції?
Коментарі (0)