Систематика в биологии - основы классификации растений и животных

Задания таксономии

Разнообразие животных и растений классифицируются с использованием принципов, которые вытекают из строгой логики (здравого смысла), и знаний особенностей их строения, биологии, распространения. Систематика должна решить две основных задачи:

1. Практическая — найти способ наиболее быстрого определения любого живого организма.
2. Теоретическая — найти закон, по которому устроено многообразие животных и растений, построить естественную систему, отображающую этот закон (как, например, периодическая система элементов Д. И. Менделеева в химии).

С самого начала (не менее 300 лет) систематика растений и животных пребывает в состоянии молодой науки (в отличие от географии или ботаники, например). До сих пор описываются новые типы, радикально меняется классификация многих крупных групп, регулярно появляются новые методы и подходы к построению классификации.

Основные направления

Ж. Кювье основал науку палеонтологию и неопровержимыми фактами доказал, что животные Земли неоднократно радикально менялись. Объяснение этим изменениям дала эволюционная теория. Со времён публикации «Происхождение видов» Ч. Дарвина эта теория стала руководящей при изучении животных. Сейчас ни один натуралист не сомневается в основных положениях трансформизма: мир животных развивается и изменяется, и современные животные — потомки организмов прошлых геологических эпох.

В течение последних 50 лет в систематике сформировалось 4 основных направления:

1. Традиционная или эволюционная систематика. Это гибрид «линнеевской» систематики с синтетической теорией эволюции. Основные постулаты: природная система должна прямо отражать филогению; чем признак давнее, тем он существеннее для классификации; объективно существуют только виды и подвиды; все другие таксоны — чистая условность; ранг таксона определяется степенью его отличия от других таксонов и внутренней гомогенностью. Известные представители: орнитолог Э. Майр, палеонтолог Дж. Симпсон. В рамках этого направления работает много систематиков-практиков.
2. Кладистика (филогенетическая систематика) В. Хеннига. Основные постулаты: система должна прямо отображать филогению; производные характеристики более существенны для построения классификации, чем исходные; построение системы должно быть строго формализовано (например, считается, что из 1 вида всегда возникает 2 новых вида, а не 1, или 3); ранг таксона определяется исключительно его геологическим возрастом. Основоположник — энтомолог Вилли Хенниг. В рамках этого направления работает большинство западных систематиков (Западная Европа и, особенно, США и Канада), а также все, кто занимается геносистематикой.
3. Нумерическая таксономия (фенетическая систематика). Главные постулаты: природной системы нет — может быть много равноценных вариантов классификации; все признаки абсолютно равноценны; классификация строится с помощью статистической обработки распределения признаков по таксонам, количеству сходств и различий между ними; ранг таксона устанавливается по степени его отличия от соседних таксонов. Среди систематиков-практиков последователей этого направления немного.
4. Типология. Постулаты: природная система существует, она может быть объяснена морфологическими закономерностями и законом гомологических рядов Вавилова; классификация должна отображать не гипотетические пути эволюции, а сходства и различия; разные признаки имеют разный вес и должны использоваться для разграничения таксонов разных рангов; объективно существуют не только виды и подвиды, но и таксоны более высоких рангов. Типология основывается на идеях Л. С. Берга, М. В. Беклемишева, А. А. Любищева. В рамках этого направления работает немало отечественных систематиков.

Таксономический анализ

Учёный Карл Линней предложил иерархическую схему из пяти категорий: класс, ряд, род, вид и вариетет. Например, человек расположился в классификации К. Линнея в такой последовательности:

1. Класс: Mammalia.
2. Отряд: Primates.
3. Род: Homo.
4. Виды: sapiens, troglodytes.
5. Вариететы: ferus, americanus, europaeus, afer.

На сегодняшний день наивысшим рангом группировки всех живых существ является домен или надцарство. Такое название термина предложил Карл Вёзе в 1990 году.

Таксономический анализ представляет собой распределение признаков между таксонами, на основании которого таксоны группируются в надтаксоны. Фактически, это анализ таксонов и их выдающихся признаков.

Первый этап — составление таблицы таксон/признак. Такую таблицу приходится делать всем практикующим систематикам, будь то кладисты, или типологи, или представители других направлений.

Способы, которыми такая таблица превращается в классификацию, сильно отличается в разных школах. Таксоны группируются по два или более на основании подобия и различия. Равноценные признаки можно подсчитывать с помощью формул и сравнивать количество общих признаков и отличительных черт у разных таксонов. Если признаки считаются неравноценными, то больший вес может предоставляться или более давним примитивным, или более молодым и производным. Корреляция между признаками может учитываться или не учитываться.

Группировкам таксонов, которые вышли, предоставляется ранг соответственно с традициями, разветвлениями эволюционных линий, геологическим возрастом, соотношением между величиной хиатуса и числом представителей.

«Линнеевская» систематика

В «Философии ботаники» Линней писал, что сначала он выделял таксоны интуитивно, а потом уже оформлял своё убеждение в классификацию, обнаруживая природные, существенные и искусственные признаки.

После составления таблицы таксонов и признаков нужно найти «природный признак» — совокупность признаков, которые совпадают во всех подтаксонах (например, в видах внутри рода, в родах внутри семейства). Таким образом, для нахождения природного признака рода сравниваются списки особенностей разных видов. Вычёркиваются все признаки, которые не совпадают.

Природные признаки представляют собой описание таксона. Они включают в себя самые обычные и распространённые признаки, характерные для таксонов более высоких рангов. Например, самым природным признаком какого-либо рода является клеточное строение, какого-либо рода в составе типа хордовых — наличие хорды.

Природные признаки, в свою очередь, содержат в себе существенные и искусственные признаки. Существенный признак служит для различия таксонов в системе органического мира. Искусственный признак разграничивает род всего лишь от других родов такого же искусственного порядка. Это заменитель существенного признака, пока тот не найден. Существенные и искусственные признаки служат для разграничения родов, а природные — для их описания.

Традиционная классификация

Для обозначения таксонов, ранг которых ещё неясен, используются такие нейтральные термины, как фенон, форма, группа.

Фенон — фенотипически однородная выборка особей. Самцы и самки могут принадлежать к разным фенонам; в случае видов-двойников к одному фенону могут относиться представители нескольких видов.

Термин «форма» может применяться, когда неизвестно, идёт ли речь про вид или подвид, или про экземпляр, который уклоняется, сезонную вариацию или касту. Термин используется также, когда речь идёт о нескольких таксонах разных рангов (например, вид и подвид).

Группа — виды, которые не имеют статуса подрода.

Понятие вида

Вид — основная систематическая категория. Это единственная таксономическая категория, объективное существование которой не поддаётся сомнению и подвергается экспериментальной проверке. Именно вид является исходной единицей систематики организмов.

Считается, что самостоятельные виды должны быть генетически изолированы. Особи, репродуктивно изолированные друг от друга, относятся к разным видам. Способные скрещиваться между собой должны быть отнесены к одному виду. Если генетическая изоляция доказана, то доказана и самостоятельность вида.

Однако репродуктивный критерий сложно использовать на практике при обработке коллекционных материалов. В практической работе для разграничения близких видов используется тройной критерий. Его применение позволяет надёжно определить, когда имеется дело с самостоятельными видами, а когда — с внутренне видовой изменчивостью (географической, гостальной, индивидуальной).

Морфологический критерий

Этот критерий позволяет, не проводя экспериментов по скрещиванию, оценить, являются ли две формы репродуктивно изолированными в природе.

Хиатус — выразительный разрыв в морфологических признаках, то есть отсутствие промежуточных вариантов между двумя формами. Противоположное понятие — трансгрессия: это перекрытие морфологических признаков, то есть наличие промежуточных вариантов.

Если две формы имеют хиатус в каких-нибудь морфологических характеристиках, то они, скорее всего, репродуктивно изолированы, а, значит, должны быть отнесены к разным видам. Если виды действительно самостоятельные, хиатус определяется даже между видами-двойниками.

Географический параметр

Если две близкие формы, разделённые хиатусом, имеют самостоятельные ареалы (расположение), которые не перекрываются, скорее всего, они являются самостоятельными видами. Если же две очень близкие формы, разделённые морфологическим хиатусом, встречаются совместно, то не исключено, что в иерархии они должны быть отнесены к одному виду.

Экологический признак

Каждый вид владеет большей или меньшей экологической специфичностью. Только в сказке К. Чуковского «рыбы по полю гуляют, жабы по небу летают». Очень маленькая вероятность, что один вид будет существовать и в пустыне, и на болоте. Птицы, которые гнездятся в дуплах, не могут гнездиться в песчаной пустыне.

Классификация растений и животных до сих пор не развалилась только из-за консервативности большинства систематиков. В каждом направлении существуют интересные методы и подходы, которые можно использовать в практической работе.