Развитие систематических представлений. Царства живой природы

До середины ХХ в. органический мир делили только на два царства - растений и животных. Только с развитием электронной микроскопии и молекулярной биологии в середине ХХ в. началась фундаментальная перестройка всей системы высших таксонов. Принципиально важным было установление факта резкого отличия бактерий, цианобактерий (сине-зеленых водорослей) и недавно открытых архебактерий от всех остальных живых существ.

У них нет истинного ядра, а генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК лежит свободно в нуклеоплазме и не образует настоящих хромосом. Они также отличаются отсутствием митотического веретена (деление немитотическое), микротрубочек, митохондрий, центриолей. Эти организмы называются доядерными, или прокариотами. Все остальные организмы (одно- и многоклеточные) имеют настоящее ядро, окруженное мембраной. Генетический материал ядра заключен в хромосомах, содержащих ДНК, РНК и белки, обычно имеются различные формы митоза, а также упорядоченно расположенные микротрубочки, митохондрии и пластиды. Такие организмы называются ядерными, или эукариотами. Различия между прокариотами и эукариотами так существенны, что в системе организмов их выделяют в надцарства.

Согласно современным взглядам, прокариоты эволюционно, наряду с предками эукариот - уркариотами, относятся к наиболее древним организмам. Надцарство прокариот состоит из двух царств - бактерий (включая цианобактерий) и архебактерий. Сложнее обстоит дело с гораздо более разнообразным надцарством эукариот. Оно состоит из трех царств - животных, грибов и растений. Царство животных включает в себя подцарства простейших и многоклеточных животных. Объем подцарства простейших вызывает большие разногласия, многие зоологи включают в него также часть ядросодержащих водорослей и низшие грибы. Простейшие - одноклеточные эукариотные организмы, имеющие микроскопические размеры. Простейшие не обладают единым планом строения и в целом характеризуются большими различиями, а не единством. По разным данным их количество варьирует от 40 до 70 тыс. видов, фауна простейших изучена недостаточно.

Международный комитет по систематике простейших выделил (1980) семь типов этих организмов, и эта классификация является общепринятой. Подцарство многоклеточных животных включает в себя организмы разнопланового строения - пластинчатые, губки, кишечнополостные, черви, хордовые и др. Однако для всех них характерно разделение функций между различными группами клеток.

Растения - царство автотрофных организмов, для которых характерны способность к фотосинтезу и наличие плотных клеточных оболочек, состоящих, как правило, из целлюлозы; запасным веществом служит крахмал.

Царство грибов включает в себя организмы, называемые низшими эукариотами. Своеобразие грибов определяется сочетанием признаков как растений (неподвижность, неограниченный верхушечный рост, способность к синтезу витаминов, наличие клеточных стенок), так и животных (гетеротрофный тип питания, наличие хитина в клеточных стенках, запасных углеводов в форме гликогена, образование мочевины, структура цитохромов).

Большое сходство в строении клеток эукариот можно объяснить тем, что они произошли от общего предка, который имел все главные особенности ядерных организмов. Кто же был этим предком: автотрофный организм, т. е. растение, или гетеротрофный организм, т. е. животное? Мнения ученых расходятся. Одни считают, что первыми ядерными организмами были растения, от которых произошли грибы и животные. Другие полагают, что первыми ядерными организмами были животные, произошедшие от доядерных гетеротрофов и давшие потом начало грибам и растениям.

Необходимо отметить, что сторонники обеих гипотез признают непосредственное родство растительного и животного царств. Это означает, что вначале различия между растениями и животными были невелики, а в ходе дальнейшей эволюции все больше возрастали. Причина постепенного расхождения в процессе эволюции животных и растений кроется в главном различии между ними, а именно в характере обмена веществ: первые являются гетеротрофами, вторые - автотрофами. Неорганические соединения, которыми питаются растения, рассеяны в непосредственной близости от них (в воде, почве, атмосфере). Поэтому растения могут питаться, ведя относительно неподвижный образ жизни. Животные же могут синтезировать органические вещества только из органических веществ, содержащихся в телах других организмов, что обуславливает их подвижность.

К другим важным особенностям животных относят активный метаболизм и в связи с этим ограниченный рост тела, а также развитие в процессе эволюции различных функциональных систем органов: мышечной, пищеварительной, дыхательной, нервной систем и органов чувств. Клетки животных, в отличие от растений, не имеют твердой (целлюлозной) оболочки.

Однако границы между тремя царствами эукариот служат предметом разногласий, и лишь будущие исследования могут внести ясность в этот вопрос.

Поэтому не создана и общепринятая система организмов, поэтому и число типов (отделов) у разных авторов неодинаково. Например, Р. Циттекер в 1969 г. предложил выделить и четвертое царство эукариот - царство протистов, куда отнес простейших, эвгленовых, золотистые водоросли, пирофитовые водоросли, а также гифохитридиомицетов и плазмодиофоровых, относимых обычно к грибам.

Примерами современной общепринятой системы организмов могут служить системы А. Л. Тахтаджяна (1973), Л. Маргелис (1981). На основе данных, приведенных в этих работах, система живых организмов представляется в следующем виде.

А. Надцарство Доядерные организмы, или Прокариоты:

I. Царство Бактерии.

1. Подцарство Бактерии.

II. Царство Архебактерии.

Б. Надцарство Ядерные организмы, или Эукариоты:

I. Царство Животные.

• 1. Подцарство Простейшие.
• 2. Подцарство Многоклеточные.

II. Царство Грибы.

III. Царство Растения:

• 1. Подцарство Багрянки.
• 2. Подцарство Настоящие водоросли.
• 3. Подцарство Растения.

Кроме эволюционного, в современной систематике существуют и другие направления. Численная (нумерическая) систематика прибегает к численной обработке данных, придавая каждому признаку, используемому для внесения в систему, определенное количественное значение. Классификация строится на основании степени различий между отдельными организмами в зависимости от высчитанного коэффициента.

Кладистическая систематика определяет ранг таксонов в зависимости от последовательности обособления отдельных ветвей (кладонов) на филогенетическом древе, не придавая значения диапазону эволюционных изменений в какой-либо группе. Так, млекопитающие у кладистов - не самостоятельный класс, а таксон, соподчиненный пресмыкающимся.

Однако основным наиболее распространенным методом систематики остается сравнительно-морфологический.

Современная систематика определяет и место человека в системе организмов, что имеет глубокий философский смысл для понимания взаимоотношений человека и живой природы. Это уже не Homo duplex - человек двойственный, каким называли человека в XVII-XVIII вв., а Homo sapiens - человек разумный. Словом, в системе живой природы человек имеет следующий адрес.

Надцарство Эукариоты.

Царство Животные.

Подцарство Многоклеточные.

Тип Хордовые.

Подтип Позвоночные.

Надкласс Наземные четвероногие.

Класс Млекопитающие.

Подкласс Настоящие звери (Живородящие).

Инфракласс Плацентарные.

Отряд Приматы (Обезьяны).

Подотряд Узконосые обезьяны.

Семейство Люди (Гоминиды).

Род Человек (Homo).

Вид Человек разумный (Homo sapiens).

В конце ХХ в., на стыке систематики и биохимии нуклеиновых кислот и белков, зародилась новая область знаний о живой природе - геносистематика. Термин был предложен в 1974 г. отечественным биохимиком А. С. Антоновым. Открылась качественно новая перспектива создания естественных систем живого мира. Оказалось, что различия в числе, частоте встречаемости и порядке расположения нуклеидов в ДНК разных организмов носят видоспецифический характер.

В конце 1970 г. в истории геносистематики начался новый этап: в число «молекулярных документов эволюции» были включены молекулы рибосомальной РНК и белки - самые древние информационные молекулы. С помощью специального метода можно определить состав и расположение нуклеотидных последовательностей в молекуле РНК, составить банк данных, провести компьютерную обработку и вывести особый коэффициент сходства, свидетельствующий о степени родства таксонов.

Однако посредством изучения структуры ДНК и РНК пока не удалось восстановить последовательность предков-потомков в историческом развитии вида. систематика природа классификация

Огромное влияние на систематику оказывают серологические исследования. Одним из первых, кто применил их для выяснения систематического положения таксонов, стал Nuttal и его сотрудники. Например, некоторые из зоологов считали, что существует близкое родство между мышами, белками, бобрами с одной стороны и зайцами и кроликами - с другой. Другие же систематики причисляли кроликов и зайцев к отдельному отряду, не относя их к грызунам. Результаты серологических анализов подтвердили правильность последней теории, и в настоящее время различают два отдельных отряда - грызунов и зайцеобразных.

Традиционно все живые организмы подразделяются на три домена (надцарства) и шесть царств, однако в некоторых источниках может быть указана другая система классификации.

Организмы помещаются в царства на основе сходства или общих характеристик. Некоторые из признаков, которые используются для определения царства включают: тип клетки, получение питательных веществ и размножение. Двумя основными типами клеток являются и клетки.

Обычные способы получения питательных веществ включают , абсорбцию и проглатывание. Типы размножения включают и .

Ниже приведен список шести царств жизни и краткая характеристика организмов, состоящих в них

Царство Археи

Археи, растущие в озере «утренней славы» в национальном парке Йеллоустоун, производят яркий цвет

Первоначально эти прокариоты с одной считались бактериями. Они находятся в и имеют уникальный тип рибосомальной РНК. Состав этих организмов позволяет им жить в очень сложных условиях, включая горячие источники и гидротермальные отверстия.

• Домен: Археи;
• Организмы: метаногены, галофилы, термофилы, психрофилы;
• Тип клетки: прокариотическая;
• Обмен веществ: в зависимости от вида - для метаболизма может потребоваться кислород, водород, углекислый газ, сера, сульфид;
• Способ питания: в зависимости от вида - потребление пищи может осуществляться путем абсорбции, не фотосинтетического фотофосфорилирования или хемосинтеза;
• Размножение: бесполое размножение путем бинарного деления, почкования или фрагментации.

Примечание: в некоторых случаях археи относят к Царству Бактерий, однако большинство ученых выделяют их в отдельное Царство. Фактически данные анализа ДНК и РНК показывают, что археи и бактерии настолько различные, что их нельзя совмещать в одно Царство.

Царство Бактерии

Кишечная палочка

Эти организмы считаются настоящими бактериями и классифицируются под доменом бактерий. Хотя большинство бактерий не вызывают заболевания, некоторые могут спровоцировать серьезные болезни. При оптимальных условиях они размножаются с угрожающей скоростью. Большинство бактерий размножается бинарным делением.

• Домен: ;
• Организмы: бактерии, цианобактерии (сине-зеленые водоросли), актинобактерии;
• Тип клетки: прокариотическая;
• Обмен веществ: в зависимости от вида - кислород может быть токсичным, переносимым или необходимым для метаболизма;
• Способ питания: в зависимости от вида - потребление пищи может осуществляться путем абсорбции, фотосинтеза или хемосинтеза;
• Размножение: бесполое.

Царство Протисты

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: амебы, зеленые водоросли, бурые водоросли, диатомовые водоросли, эуглена, слизистые формы;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Способ питания: в зависимости от вида - потребление пищи включает абсорбцию, фотосинтез или проглатывание;
• Размножение: преимущественно бесполое. возникает у некоторых видов.

Царство Грибы

Включают как одноклеточные (дрожжи и плесени), так и многоклеточные (грибы) организмы. Они являются разлагающими организмами и получают питательные вещества через поглощение.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: грибы, дрожжи, плесень;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Метаболизм: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: абсорбция;
• Размножение: половое или бесполое.

Царство Растения

Чрезвычайно важны для всей жизни на Земле, поскольку они выделяют кислород, и обеспечивают других живых организмов кровом, продуктами питания и т.п. Эта разнообразная группа содержит сосудистые или бессосудистые растения, цветковые или нецветковые растения, и др.

• Домен: Эукариоты;
• Организмы: мхи, покрытосеменные (цветковые растения), голосеменные, печеночники, папоротники;
• Тип клетки: эукариотическая;
• Обмен веществ: кислород необходим для метаболизма;
• Способ питания: фотосинтез;
• Размножение: организмы подвергаются чередованию поколений. Половая фаза (гаметофит) сменяется бесполой (спорофитом).

Царство Животные

По мере изучения природы человеком появилась необходимость классифицировать все живые существа. Впервые такую классификацию провел Аристотель, описав 454 вида животных и разделив весь мир на обладающих кровью и нет.

А. Животные с кровью :

1. Живородящие четвероногие с волосами, млекопитающие;

2. Яйцеродящие четвероногие, иногда безногие со щитками на коже рептилии;

3. Яйцеродящие двуногие с перьями, летающие птицы;

4. Живородящие безногие, живущие в воде и дышащие легкими киты;

5. Яйцеродящие безногие с чешуей или гладкой кожей, живущие в воде и дышащие жабрами рыбы;

Б. Животные без крови ;

1. Мягкотелые, тело мягкое, образует мешок, ноги на голове головоногие;

2. Мягкоскорлупные, роговой покров, мягкое тело, большое количество ног ракообразные черепокожие, мягкое тело покрыто твердой раковиной, безногие (моллюски, иглокожие, усоногие, асцидии);

3. Насекомые, твердое тело покрыто насечками насекомые, паукообразные, черви и др.

В 16м веке английский учёный Э.Уоттон расширил классификацию живых организмов Аристотеля дополнительно сгруппировав и объединив их в группы по случайным признакам.

Данная классификация просуществовала без изменений до XVIII в. пока ее не модернизировал Карл Линей. Он классифицировал растения и животных по их очевидным анатомическим свойствам. Как и другие ученые в это время, Линней считал разнообразные живые организмы однажды сотворенными и затем более не изменявшимися. До начала XIX века высшим рангом в иерархии таксономических категорий был класс. Этого было вполне достаточно при относительно невысоком уровне детализации системы, характерном для того времени. В системе Карла Линнея было всего шесть классов:

1. Млекопитающие;

2. Птицы;

3. Гады;

4. Рыбы;

5. Насекомые;

6. Черви.

Следует помнить, что объем этих групп был несколько иным, чем принято ныне. Например, к «гадам» относились не только рептилии и амфибии, но и некоторые рыбы, к «насекомым» относились все членистоногие, а «черви» представляли собой настоящую свалку, сформированную по остаточному принципу (выражение «линнеевские черви» в зоологическом жаргоне надолго стало синонимом группы, система которой находится в хаотическом состоянии и нуждается в серьезнейшей переработке).

В конце XVIII - начале XIX веков количество классов начало постепенно увеличиваться. Это было связано с тем, что в результате сравнительно-анатомических исследований так называемых «низших животных» (линневских насекомых и, главным образом, червей), натуралисты обнаружили значительное разнообразие организации. Из насекомых были выделены ракообразные, паукообразные, усоногие (долгое время эта группа ракообразных не находила себе места в системе). Из червей - моллюски, «зоофиты» (животнорастения - по большей части, кишечнополостные), «инфузории» (практически все микроскопические беспозвоночные).

Объединение классов животных в более крупные группы - заслуга французского натуралиста Жоржа Кювье (1769-1832), который предложил систему, согласно которой все известные классы были распределены между четырьмя группами, которые он назвал ответвлениями (фр. embranchement). Этими четырьмя группами были:

1. Позвоночные;

2. Членистые (фр. animaux articulées);

3. Моллюски (фр. animaux mollusques);

4. Лучистые (фр. animaux rayonnées).

Линеевская статическая концепция представляет в настоящее время лишь исторический интерес, но каталог Линнея имеет все же большую научную ценность, представляя собой первичную основу современной классификации организмов. В своей основе он не подвергся изменениям, за исключением деталей и, кроме того, он написан по-латыни, на этом почти универсальном языке ученых. Название каждого вида организмов состоит в этом каталоге из двух слов. Первое слово обозначает более широкое понятие - род, второе, более узкое - вид. Например, заяц-беляк – Lepus timidus, где Lepus (заяц) означает название рода, а timidus (трусливый) – название вида. Позднее был описан еще другой вид – заяц-русак – Lepus europaeus (заяц европейский). По этим названиям видно, что речь идет о двух различных видов относящихся к одному роду.

Все более крупные подразделения последовательно накладываются на категории, использованные Линнеем. Так, два или более родственных видов образуют род, два или более родственных родов образуют семейство, два или более семейств - отряд, два или более отрядов - класс, два или более классов - тип. Два или более типов составляют царство, наиболее крупную категорию, так как три царства включают соответственно все одноклеточные организмы, растения и животных.

По мере развития систематики животных возрастало количество научно описанных видов. Аристотель дал описание 454 видов, Линей – 4208, Гмелин – 18338 видов. К началу XIX в. было описано около 50 тыс. видов, а к началу XX в. около одного миллиона видов. Сейчас, по наиболее точным оценкам, насчитывается около 1,6 миллиона живущих видов. Из них 860 000 составляют насекомые, 350 000 - растения, 8600 - птицы и только 3200 - млекопитающие. Большая часть остальных видов, около 300 000, относится к морским беспозвоночным. Общее количество - 1,5 миллиона - включает только те виды, описания которых были опубликованы учеными. Считается, что в несколько раз большее количество видов еще не описано. По прикидкам некоторых ученых , в настоящее время существуют около 8,7 миллиона видов эукариотических организмов (плюм-минус 1,3 млн). В это число не входят вымершие виды, известные только в виде ископаемых остатков. Основываясь на количестве уже описанных ископаемых видов, общее количество вымерших – обитавших когда-либо на протяжении более трех миллиардов лет существования жизни на Земле, оценивают в пределах от 50 миллионов до 4 миллиардов.

По расчётам ученых, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше - 6,5 млн. Животных на планете всего около 7,77 млн видов, грибов - 611 тыс., растений - 300 тыс. При этом растениям повезло больше всего: из них описано 72% видов, тогда как животных - 12%, грибов - только 7%.

Табл.1. Количество видов обитающих на нашей планете

В современной биологии, живой мир имеет сложную иерархическую структуру. Сейчас существуют несколько разновидностей классификаций всего живого, но в общем они пологаются на принцип эволюционизма.

По одной классификации предложенной в 1990 г. Карлом Везе, верхним рангом группировки организмов является . Существуют три Домена:

Археи, Эубактерии, Эукариоты .

Наиболее радикальным отличием даной классификации от предыдущих систем состояло в том, что бактерии (прокариоты) были разделены на две группы (археи и эубактерии), каждая из которых была равнозначна эукариотам.

По другим классификациям существуют альтернативные системы групп высшего уровня (ранга), например:

Система, в которой живые организмы делятся на две империи (или ):

Эукариот (Eukaryota) и П рокариот (Prokaryota) , причём последние соответствуют археям и эубактериям системы Вёзе.

Прокариоты (Prokaryota или Monera) , П ротисты (Protista) , Г рибы (Fungi) , Растения (Plantae) и Ж ивотные (Animalia) , причём последние четыре царства соответствуют империи или домену эукариот.

Дальнейшее разделение (Таксонометрия) живых существ идет одинаково во всех классификациях – – / – / – / – – – – – / – / – / – – – – – – – – – – – – – – –

Ключевые слова конспекта: многообразие живых организмов, систематика, биологическая номенклатура, классификация организмов, биологическая классификация, таксономия.

В настоящее время на Земле описано более 2,5 млн видов живых организмов. Для упорядочении многообразия живых организмов служат систематика, классификация и таксономия .

Систематика - раздел биологии, задачей которого является описание и разделение по группам (таксонам) всех существующих ныне и вымерших организмов, установление родственных связей между ними, выяснение их общих и частных свойств и признаков.

Разделами биологической систематики являются биологическая номенклатура и биологическая классификация .

Биологическая номенклатура

Биол огическая номенклатура заключается в том, что каждый вид получает название, состоящее из родового и видового имён. Правила присвоения видам соответствующих имён регулируются международными номенклатурными кодексами .

Для международных названий видов используется латинский язык . В полное название вида входит также фамилия учёного, описавшего данный вид, а также год публикации описания. Например, международное название домового воробья - Passer domesticus (Linnaeus, 1758) , а полевого воробья - Passer montanus (Linnaeus, 1758) . Обычно в печатном тексте названия видов выделяют курсивом, а имя описавшего и год описания - нет.

Требования кодексов распространяются только на международные названия видов. По-русски можно писать и «воробей полевой » и «полевой воробей ».

Биологическая классификация

Классификация организмов использует иерархические таксоны (систематические группы). Таксоны имеют различные ранги (уровни). Ранги таксонов можно разделить на две группы : обязательные (любой классифицированный организм относится к таксонам этих рангов) и дополнительные (используемые для уточнения взаимного положения основных таксонов). При систематизировании различных групп используется разный набор дополнительных рангов таксонов.

Таксономия — раздел систематики, разрабатывающий теоретические основы классификации. Таксон искусственно выделенная человеком группа opганизмов, связанных той или иной степенью родства и. в то же время, достаточно обособленная, чтобы ей можно было присвоить определенную таксономическую категорию того или иного ранга.

В современной классификации существует следующая иерархия таксонов : царство, отдел (тип в систематике животных), класс, порядок (отряд в систематике животных), семейство, род, вид. Кроме того, выделяют промежуточные таксоны : над- и подцарства, над- и подотделы, над- и подклассы и т.д.

Таблица «Многообразие живых организмов»

Это конспект по теме . Выберите дальнейшие действия:

• Перейти к следующему конспекту: