Что же такое биологическая систематика?

Начнём с определений. Это наука о видовом разнообразии живых организмов. Это научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов классификации живых организмов и практическое приложение этих принципов к построению системы.

Классификация – это описание и размещение в системе всех существующих и вымерших организмов.

Основные цели систематики:

1) наименование таксонов и описание их характерных признаков,
2) диагностика (определение), то есть нахождение места в системе),
3) экстраполяция, то есть предсказание признаков объекта, основывающееся на том, что он относится к тому или иному таксону.

Говоря о классификации природы, необходимо признать огромный вклад тысяч учёных, начиная с античных времён. Так, одним из первых классификацию природы провёл ещё Аристотель, написав «Зоологические работы» в 10-томах, которые оставались классикой на столетия. И последующие поколения учёных внесли большой вклад в систематизацию биологических явлений и живых организмов.

Кто же «отец» и основатель биологической систематики? Конечно же, основы современной систематики живых организмов были заложены шведским учёным Карлом Линнеем в его знаменитой книге «Systema Nature» («Система природы»), опубликованной в 1735 году.

Им была предложена «естественная классификации» природы. Живой мир был разбит Карлом Линнеем на таксоны, или систематические единицы, по иерархическому принципу – от высших к низшим. Основной таксон живой природы – вид. Этот принцип построения системы получил название линнеевской иерархии.

Важнейшими понятиями в систематике является таксон и таксономическая категория. Таксон – это группа организмов, связанных любой степенью родства и обособленная от других подобных групп. Это совокупность организмов, имеющих общие признаки, которые отличают их от других организмов. Отдельная особь (т.е. индивид) принадлежит к определённому таксону, но не является таксоном. Примеры таксонов: беспозвоночные, прямокрылые, клопы, муравьи, шмель земляной Bombus terrestris.

Таксономическая категория, или ранг – понятие, введенное для обозначения уровней в классификации различных соподчинённых групп живых организмов. Линнеевская иерархическая система – расположение таксономических категорий в ряд последовательно соподчинённых уровней.

Примеры основных таксономических категорий: надцарство (домен), царство, тип, класс, отряд, семейство, род, вид.

В чём разница между понятиями таксон и таксономическая категория? В том, что, когда говорится об отдельном таксоне, то рассматривается конкретная группа живых организмов. Если говорится о таксономической категории (ранге), то рассматривается уровень в классификации, или степень подчинения в иерархии. В зависимости от степени родства любая группа живых организмов одновременно относится к нескольким различным таксономическим категориям – вид, род, семейство, класс и так далее.

Интересно, что Карлом Линнеем были выделены три царства природы – растения, животные и минералы. Животные были им разделены на шесть классов – Quadrupedia, Aves, Amphibia, Pisces, Insecta, и Vermes (четырёхногие, птицы, земноводные, рыбы, насекомые, черви). Карл Линней разделил класс Quadrupedia на несколько отрядов «четырёхногих» животных, включая Anthropomorpha (приматы), Ferae (собачьи, лисьи, медведи) и другие.

По мнению К. Линнея, класс Amphibia включал рептилий и амфибий, а класс Vermes был смешанной группой, включавшей червей, пиявок, слизней, морских огурцов, морских звёзд и некоторых других животных.

Карлом Линнеем каждый отряд был разделен на роды, а каждый род – на виды. Карл Линней первым ввёл биноминальные (двойные) научные названия для живых организмов, состоящие из латинских названий рода и вида.

Карл Линней, например, выделил такие роды животных, как Leo, Ursus, Hippopotamus, Homo (лев, медведь, гиппопотам, человек) и другие. Интересно, что Карл Линней дал видовое название и человеку – Homo sapiens (человек разумный). Царство растений было разбито К. Линнеем на 24 Класса.

В 1758 году вышло из печати десятое издание «Systema Nature». Кроме того, К. Линней опубликовал «Flora Suecic» («Флора Швеции», 1745), «Philosophia Botanica» («Философия ботаники», 1751) и «Species Plantarum» («Виды растений», 1753).

Новый этап развития биологической систематики начался с работ Чарльза Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора» (1859 г.) и «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.).

Чарльз Дарвин в книге «Происхождение видов» обосновал основы эволюции живых организмов. В результате своей длительной экспедиции на корабле «Бигль» он собрал огромное количество коллекционного материала, который был им использован при описании ряда новых для науки видов животных. Наиболее известны описания Ч. Дарвиным разнообразных галапагосских вьюрков, он описал также ряд американских хищных птиц и галапагосских ящериц.

Но, кроме того, Ч. Дарвин опубликовал два тома по систематике усоногих раков, описав около 150 новых видов. Многочисленные коллекции Чарльза Дарвина были использованы и другими исследователями в Британском музее естественной истории для описания новых видов животных и растений. Развитие идей Ч. Дарвина нашло своё выражение в современной синтетической теории эволюции органического мира.

Каково же современное таксономическое подразделение живых организмов? Современные классификации живых организмов построены по иерархическому принципу. Введены понятия:

таксонов высшего порядка, а именно: надцарство (домен), царство, тип (у растений – отдел), класс, отряд (у растений – порядок), семейство, род;

и таксонов низшего порядка – вид. Виды состоят уже из отдельных особей.

Ещё сравнительно недавно все живые организмы подразделяли на два царства – животные и растения. Э. Геккель (1894) выделял три царства – животные, растения и протисты. Позднее, согласно работам Р. Уиттекера (1969), Л. Маргелис и К. Шварц (1982) выделили пять царств –

четыре царства эукариот (животные, растения, грибы, протисты)

и царство прокариот (бактерии, сине-зелёные водоросли). Вирусы не соответствовали ни одной из групп в данной классификации живых организмов.

Сейчас, по системе Т. Кавалье-Смит (1998) выделяют два надцарства (домена): эукариоты и прокариоты.

Надцарство эукариот было разделено на 5 царств: животные, растения, грибы, хромисты и протисты).

Надцарство прокариот разделено на 2 царства: археи и эубактерии. Как видим, в разделении царств живых организмов даже и сейчас идут споры специалистов.

Что же такое «биологический вид»?

Вид (по-латыни species) — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфо-физиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид – это реально существующая генетически неделимая единица живого мира, это основная структурная единица в системе организмов.

Каково же значение биологической систематики в современном мире? Даже и сейчас в XXI веке животный и растительный мир Земли продолжает хранить свои тайны, особенно в глубинах океана. Учёные-зоологи и сейчас описывают новые, неизвестные ранее для науки виды животных, а ботаники продолжают открывать новые виды растений. Причём, новые виды животных могут быть довольно крупных размеров.

Например, совсем недавно, в 1999 году, учёными был описан новый вид кистепёрой рыбы (Latimeria menadoensis), живущий в море недалеко от берегов о. Суматра (Индонезия). Ранее был известен только один вид кистепёрой рыбы (Latimeria chalumnae), обитающий в водах Индийского океана, около юго-восточной части Африки и о.Мадагаскар.

В 2006 году в журнале «Zootaxa» был описан новый вид обезьяны Cebus queirozi (Cebidae, Primates), обитающий на очень небольшой изолированной территории в Бразилии. В 2010 году в американском журнале приматологии был описан новый вид широконосой обезьяны Rhinopithecus strykeri (Colobinae, Primates) из Мьянмы (Юго-восточная Азия).

В 2009 году на о. Сардиния (Италия) учёными впервые за последние 100 лет на территории Европы был найден новый вид млекопитающего (грызуна).

По результатам экспедиций зоологов из Австралии в 2005–2006 гг. на территории Папуа Новая Гвинея (о. Новая Гвинея) было найдено и описано несколько видов млекопитающих, около 100 видов земноводных, более 200 видов насекомых и других животных.

Что уже говорить о насекомых, имеющих мелкие размеры! Так, ежегодно исследователи насекомых (энтомологи) находят и описывают сотни новых для науки видов насекомых. Причём, как из трудно доступных тропических лесов Африки, Южной Америки и Юго-Восточной Азии, Австралии, так и из зон умеренного климата, из тех мест Европы, Азии, Северной Америки, которые, казалось бы, исхожены вдоль и поперёк и хорошо изучены.

Описания новых видов насекомых позволяют не только закрепить новые названия за неизвестными ранее живыми организмами, но также и дать более полную экологическую характеристику их мест обитания. Многие природные районы и места обитания животных и растений в тропиках и других регионах подвергаются сильному антропогенному прессу, а поэтому могут скоро исчезнуть или уже практически исчезают и разрушаются у нас на глазах. Поэтому очень важно изучить и описать те живые организмы, которые находятся под угрозой исчезновения. Например, биология редкого жука-дровосека Titanus giganteus даже в наше время ещё не известна.

Кроме того, описания новых видов насекомых позволяют выявлять новые, ранее неизвестные виды вредителей и прогнозировать их дальнейшее распространение как видов-вселенцев (интродуцентов) на новых территориях. Например, недавно появившийся в Европе и уже широко распространившийся по Украине вид опасного вредителя – каштановой моли (Cameraria ohridella). Этот вид был обнаружен и описан совсем недавно, в 1989 году, а ранее был неизвестен. Другой опасный вредитель, кукурузный жук-диабротика (Diabrotica virgifera), – пока ещё карантинный вид. Этот вид сейчас уже широко расселился в Закарпатье, куда проник в последние годы из Европы.

Систематики могут помочь решить вопросы диагностики и тех видов живых организмов, с которыми человек сталкивается при практическом использовании. Например, украинским зоологом, кандидатом биологических наук С. Утевским (Харьковский госуниверситет) совместно с доктором наук П. Тронтельджи (США) были исследованы многочисленные пробы широко используемой якобы медицинской пиявки (Hirudo medicinalis L.). В результате же анализа ДНК было установлено, что пробы содержали четыре разных вида пиявок, плохо различимых по морфологическим признакам.

Что же такое «видовое название» в современном понимании?

Как утверждает «Кодекс зоологической номенклатуры», видовое название – это научное название вида. Для обозначения вида используется биноминальная номенклатура – система, по которой каждый вид получает название на латыни, состоящее из двух слов: первое – родовое название, второе – видовое. В конце научного названия вида приводится автор, давший это название, и год описания в литературе. Например, домашняя муха – Musca domestica Linneus, 1758, – вид, описанный К. Линнеем в 1758 году.

Интересно, что систематики дают иногда весьма необычные названия новым видам живых организмов. Например, австралийский энтомолог Александр Жиро (A. Girault) присваивал самые необычные имена новым видам насекомых в честь выдающихся людей, например, учёных (вид copernici, род Davincia), композиторов (beethoveni, brahmsi, chopini, haydni, listzi, mozarti, schumanni, род Mozartella), поэтов и писателей (homeri, vergilii, plutarchi, shakespearei, shakespearella, goethei, роды Plutarchia, Shakesperia и Goethella), античных философов (aesopi, herodoti, heracliti, plinii, machiaveli) и политиков (caesar, brutus, ulianovi, lenini, stalini, marxi, liebknechti, garibaldia, роды Marxiana и Marxella). Кроме того, например, недавно энтомологами были описаны паразитические наездники с такими необычными названиями – Tshudo yudo и Hacuna matata. Примеров с подобными названиями довольно много.

В настоящее время названия живых организмов регулируются международными «Кодексами зоологической и ботанической номенклатуры», которые определяют современные правила присуждения, сохранения и изменения названий видов живых организмов. Спорные вопросы присуждения, изменения или сохранения названий живых организмов решаются Международными комиссиями по зоологической и ботанической номенклатуре. Кодекс устанавливает правила, согласно которым действующим (валидным) является название из самой ранней публикации описания данного живого организма. Более поздние одинаковые названия одного и того же вида или рода становятся синонимами. Действие «Кодекса зоологической номенклатуры» распространяется на названия, опубликованные после 1 января 1758 г. (10-го издания линнеевской «Systema Naturae»).

Кодексом установлено правило выделения типового материала, по которому описывается данный организм. Выделяется один типовой экземпляр, который обозначается как голотип, а серия того же вида – паратипы. Типовой материал должен храниться не в частной коллекции, а в музее, где он может быть доступен для исследования.

Как учёные регистрируют и описывают новые виды животных и растений?

Оказываются, во многих случаях, сейчас они идут практически по пути К. Линнея и Ч. Дарвина, то есть они публикуют научные статьи, в которых приводят длинные сложные морфологические описания новых видов организмов и обычно их чёрно-белые рисунки или фото.

К счастью, сейчас для составления морфологических описаний учёные-систематики уже могут воспользоваться современными оптическими микроскопами, например, МБС, Olympus, Leica или Zeiss (с увеличением до 1000 раз), а также сканирующим микроскопом (с увеличением до 50000 раз). Кроме того, современные цифровые цветные или чёрно-белые фотографии позволяют показать чёткие детали строения описываемых новых живых организмов. Кроме того, современные компьютерные программы позволяют «объединить» серии цифровых фотографий и получить высококачественные объёмные фотографии даже самых мелких живых организмов.

Кроме того, современные достижения в молекулярно-генетических методах исследования позволили учёным использовать сравнение уникальных последовательностей нуклеотидов в структуре ДНК (или кратко, ДНК-последовательностей) для целей систематики живых организмов.

Во многих случаях именно сравнение ДНК-последовательностей позволяет точно разграничить виды живых организмов, ранее неотличимых или плохо различимых по их морфологическим признакам.

Для проведения молекулярно-генетического ДНК анализа необходима проба белка живого организма. Для такого исследования пробы обычно сохраняются в 96% спирте, но иногда можно использовать и сухой материал (например, всего лишь сухие части животного или растения из музейной коллекции).

Успехи ДНК-систематики позволили разработать международную программу «Штрих-код жизни» («Barcode of life Initiative»). Уникальные последовательности нуклеотидов в структуре ДНК получили название «ДНК штрих-кодов» («DNA-barcoding»). С 2003 года в Интернете размещается информация о уникальных ДНК-последовательностях многих групп исследованных живых организмов, с которыми можно сравнить полученные ДНК-последовательности новых видов организмов. Таким образом, можно исследовать даже только части какого-либо живого организма и прийти к заключению, какой же именно вид находится в данной пробе.

Современные описания впервые найденных животных, растений, грибов и других организмов сопровождаются уже не только детальными морфологическими описаниями, а и кариологическими, биохимическими, этологическими и молекулярно-генетическими исследованиями. Вместе с морфологическими описаниями прилагаются также описания ДНК-последовательностей, а также современные цифровые фотографии деталей строения. В настоящее время фотографии многих живых организмов, их морфологические описания и данные их ДНК-последовательностей размещаются в базах данных, общедоступных для всех исследователей через Интернет.

Например, это такие базы данных: база Национального центра биотехнологической информации США – Genbank (www.ncbi.nlm. nih.gov/genbank/), база TreeBASE (www.treebase.org), MorphBank (www.morphbank.net) для изображений, Morphobank (www.morphobank.geongrid.org) – для морфологических описаний живых организмов, а также другие.

Большое значение имеет вопрос доступности и ясности информации в описаниях живых организмов. Многие публикации по систематике выходят на французском, испанском, немецком, португальском, русском и других языках. Однако, сейчас специалисты-систематики всё чаще печатают свои работы не только на русском, итальянском, китайском или японском языках, а на английском языке. Публикации работ по систематике и описания живых организмов на английском языке позволяют им быть более понятными для всех, быть широко цитируемыми, а это даёт возможность использовать их по всему миру.

В течение десятилетий одним из самых важных изданий для зоологов-систематиков были толстые тома журнала «Zoological Record». В данном журнале и сейчас печатаются списки недавно опубликованных новых названий живых организмов, появляющихся в мире на всех языках. Однако, сейчас, в XXI веке, современные журналы по систематике «переезжают» в цифровой мир, в Интернет, например, такие интернет-журналы на английском языке, как «Zootaxa», «ZooKey», «PLoS Biology», «PLoS One», BMC Journals становятся всё более популярными, всемирно признанными и широко цитируемыми.

Как могут бизнесмены помочь учёным-зоологам?

Даже сейчас, в XXI веке систематики всего мира находят и описывают новые виды живых и вымерших организмов из различных уголков мира. Наверняка, украинские зоологи и ботаники с удовольствием бы назвали новые виды животных и растений в честь тех меценатов, которые поддержали бы их экспедиционные поездки и исследования. Например, украинские энтомологи могли бы найти новые виды ос, наездников, жуков и бабочек в районах тропической Африки и Юго-Восточной Азии, где есть ещё девственные, нетронутые человеком участки природы. В таких местах даже сейчас могут быть найдены и впервые описаны сотни видов новых растений, грибов и разных животных, причём насекомых, вероятно, даже тысячи новых видов. Однако, к сожалению, в настоящее время учёные из Украины могут посетить такие места для исследований только в мечтах или при поддержке иностранных государств, но не Украины.

Какое будущее у биологической систематики?

И в настоящее время биологическая систематика сохраняет своё важнейшее значение для морфологии, биологии развития, биогеографии, эволюции и палеонтологии. И в XXI веке систематика живых организмов остаётся серьёзной наукой, помогающей правильно классифицировать виды и понять эволюцию живой природы.

Современный обмен информацией и новые технологии позволяют более точно и быстро решить вопросы о видовой принадлежности исследуемых живых организмов. Это помогает избежать или уменьшить количество ошибок при идентификации видов и сохранить подход к систематике как к точной науке и фундаментальной части науки о живом.

В.Н. Фурсов, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Института зоологии НАН Украины