Що ж таке біологічна систематика?

Почнемо з визначень. Це наука про видове різноманіття живих організмів. Точніше, це наукова дисципліна, до завдань якої входить розробка принципів класифікації живих організмів і практичне їх застосування для побудови системи.

Класифікація – це опис і розміщення в системі всіх існуючих і вимерлих організмів.

Основні задачі систематики:

1) найменування таксонів та опис їхніх характерних ознак;
2) діагностика, тобто визначення місця в системі;
3) екстраполяція, тобто передбачення ознак об'єкта, яке ґрунтується на належності до того чи іншого таксону.

Говорячи про класифікацію природи, необхідно визнати величезний внесок тисяч науковців, починаючи з античних часів. Так, одним з перших класифікацію Природи провів ще Аристотель, написавши «Зоологічні праці» в 10 томах, які залишалися класикою багато століть. Проте і наступні покоління вчених зробили великий внесок у систематизацію біологічних явищ і живих організмів.

Хто ж «батько» і засновник біологічної систематики? Звичайно ж, основи сучасної систематики живих організмів були закладені шведським ученим Карлом Ліннеєм в його знаменитій книзі «Systema Naturаe» («Система природи»), опублікованій у 1735 році.

Живий світ був розбитий Карлом Ліннеєм на таксони, або систематичні одиниці, за ієрархічним принципом – від вищих до нижчих. Основний таксон живої природи – вид. Цей принцип побудови системи отримав назву ліннеєвської ієрархії.

Найважливішими поняттями в систематиці є таксон і таксономічна категорія. Таксон – це група організмів, пов'язаних будь-яким ступенем спорідненості і відокремлена від інших подібних груп. Це сукупність організмів, що мають спільні ознаки, за якими вони відрізняються від інших організмів. Окрема особина (тобто індивід) належить до певного таксону, але не є таксоном. Приклади таксонів: безхребетні, прямокрилі, клопи, мурашки, джміль земляний Bombus terrestris.

Таксономічна категорія, або ранг – поняття, що введене в систематиці для позначення рівня в класифікації різних підпорядкованих груп живих організмів (таксонів). Приклади таксономічних категорій, або рангів: надцарство (домен), царство, тип, клас, ряд, родина, рід, вид.

У чому ж полягає різниця між поняттями таксон і таксономічна категорія? Коли мова йде про таксон, ми розуміємо конкретну групу живих організмів. Коли ми говоримо про таксономічну категорію (або ранг), то тут мова йде про окремий рівень в класифікації, тобто ступінь підпорядкованості в ієрархії. В залежності від ступеня спорідненості будь-яка група живих організмів одночасно належить до різних таксономічних категорій: вид, рід, родина, ряд, клас тощо.

Цікаво, що Карл Лінней виділив три царства природи –рослини, тварини і мінерали. Царство тварин було поділене ним на шість класів – Quadrupedia, Aves, Amphibia, Pisces, Insecta, і Vermes (чотириногі, птахи, земноводні, риби, комахи, черви). Клас Quadrupedia – на кілька рядів «чотириногих» тварин, включаючи Anthropomorpha (примати), Ferae (собачі, лисячі, ведмеді) тощо.

На думку К. Ліннея, клас Amphibia включав рептилій і амфібій, а клас Vermes був змішаною групою, що об’єднувала хробаків, п'явок, слимаків, морських огірків, морських зірок і деяких інших тварин.

Карл Лінней першим ввів біномінальні (подвійні) наукові назви для живих організмів, що складаються із латинських назв роду і виду. Кожен ряд Карл Ліней розділив на роди, а кожен рід – на види. Він виділив такі роди тварин, як Leo, Ursus, Hippopotamus, Homo (лев, ведмідь, гіпопотам, людина) та інші. Цікаво, що саме Карл Лінней дав назву і людині – Homo sapiens (людина розумна). Царство рослин було розділено К. Ліннеєм на 24 класи.

У 1758 році вийшло з друку десяте видання «Systema Naturаe». Крім того, К. Лінней опублікував «Flora Suecica» («Флора Швеції») (1745), «Philosophia Botanica» («Філософія ботаніки») (1751) і «Species Plantarum» («Види рослин») (1753).

Безумовно, необхідно відзначити, що новий етап розвитку біологічної систематики почався з робіт Чарльза Дарвіна «Походження видів шляхом природного відбору» (1859 р.) і «Походження людини і статевий відбір» (1871 р.).

У книзі «Походження видів» Чарльз Дарвін обгрунтував основи еволюції живих організмів. У результаті своєї тривалої експедиції на кораблі «Бігль» він зібрав величезну кількість колекційного матеріалу, який був використаний ним при описі низки нових для науки видів тварин. Найбільш відомими стали описи Ч. Дарвіном різноманітних галапагоських в'юрків, низки американських хижих птахів і галапагоських ящірок.

Крім того, Ч. Дарвін опублікував два томи із систематики вусоногих раків, описавши близько 150 нових видів. Численні колекції тварин і рослин Чарльза Дарвіна, розміщені в Британському музеї природної історії, були використані й іншими дослідниками для опису нових видів. Розвиток ідей Ч. Дарвіна знайшов своє відображення в сучасній синтетичній теорії еволюції органічного світу.

Який же сучасний таксономічний розподіл живих організмів? Сучасні класифікації живих організмів побудовані за ієрархічним принципом. Введено поняття:

таксонів вищого порядку, а саме: надцарство (домен), царство, тип (у рослин – відділ), клас, ряд (у рослин – порядок), родина, рід;

і таксонів нижчого порядку – вид. Види складаються вже з окремих особин.

Ще порівняно недавно всі живі організми поділяли на два царства: тварини і рослини.

Три царства виділяв Е. Геккель (1894): тварини, рослини і найпростіші. Пізніше, за працями Р. Уіттекера (1969), Л. Маргеліса і К. Шварца (1982) було виділено п'ять царств – чотири царства еукаріот (тварини, рослини, гриби, найпростіші) і царство прокаріот (бактерії, синьо-зелені водорості).

Віруси не відповідали жодній із груп у цій класифікації живих організмів.

Зараз, за системою Томаса Кавальє-Сміта (1998) виділяють два надцарства (домена): еукаріоти і прокаріоти.

Надцарство еукаріот розділене на 5 царств: тварини, рослини, гриби, хромісти і найпростіші.

Надцарство прокаріот розділене на 2 царства: археї і еубактерії. Як бачимо, навіть у поділі царств живих організмів ще й зараз ідуть суперечки фахівців.

Що ж таке «біологічний вид»?

Вид (по-латині species) – таксономічна, систематична одиниця, група особин із загальними морфо-фізіологічними, біохімічними та поведінковими ознаками, здатна до взаємного схрещування, що дає в ряду поколінь плідне потомство, закономірно поширена в межах певного ареалу і подібно змінюється під впливом факторів зовнішнього середовища. Вид – це реально існуюча генетично неподільна одиниця живого світу, це основна структурна одиниця в системі організмів.

Яке ж значення біологічної систематики в сучасному світі? Навіть у XXI столітті тваринний і рослинний світ Землі продовжує зберігати свої таємниці, особливо в глибинах океану. Вчені-зоологи і зараз описують нові, невідомі раніше для науки види тварин, а ботаніки продовжують відкривати нові види рослин. Причому неописаними до цього часу залишаються і такі нові види живих організмів, які мають досить великі розміри.

Наприклад, зовсім недавно, у 1999 році, вченими був описаний новий вид кистеперої риби (Latimeria menadoensis), що живе в морі поблизу о. Суматра (Індонезія). Раніше був відомий тільки один вид кистеперої риби (Latimeria chalumnae), що зустрічається у водах Індійського океану біля південно-східної частини Африки та             о. Мадагаскар.

У 2006 році в журналі «Zootaxa» був описаний новий вид мавпи Cebus queirozi (Cebidae, Primates), що живе на дуже невеликій ізольованій території в Бразилії. У 2010 році в американському журналі приматології був описаний новий вид широконосої мавпи Rhinopithecus strykeri (Colobinae, Primates) з М'янми (Південно-Східна Азія).

У 2009 році на о. Сардинія (Італія) вченими уперше за останні 100 років на території Європи був виявлений новий вид ссавця (гризуна).

За результатами експедицій зоологів Австралії у 2005-2006 рр. на території Папуа Нова Гвінея (о. Нова Гвінея) було знайдено і описано декілька видів ссавців, близько 100 видів земноводних, понад 200 видів комах тощо.

Особливо це стосується комах, які мають дрібні розміри. Так, щорічно ентомологи (дослідники комах) знаходять і описують сотні нових для науки видів, причому як з важко доступних тропічних лісів Африки, Південної Америки і Південно-Східної Азії, Австралії, так і із зон помірного клімату, з тих місць Європи, Азії, Північної Америки, які, здавалося б, пройдені вздовж і впоперек і добре вивчені. Опис нових видів комах дозволяє не тільки закріпити нові назви за невідомими раніше живими організмами, але також і дати більш повну екологічну характеристику місць їх проживання.

Багато природних районів і місць проживання тварин і рослин у тропіках та інших регіонах піддаються сильному антропогенному пресу, а тому можуть скоро зникнути, або вже практично зникають і руйнуються у нас на очах. Тому дуже важливо вивчити і описати ті живі організми, які знаходяться під загрозою зникнення. Наприклад, біологія рідкісного жука-дроворуба Titanus giganteus навіть у наш час невідома.

Крім того, описи нових видів комах дозволяють виявляти нових, раніше невідомих видів-шкідників і прогнозувати їхнє подальше поширення як видів-вселенців (інтродуцентів) на нових територіях. Наприклад, описаний у 1989 році вид Cameraria ohridella (каштанова міль) нещодавно з'явився у Європі. В останні роки він дуже поширився територією України і став небезпечним шкідником каштана кінського, що є окрасою паркових зон і вулиць у містах. Інший небезпечний шкідник – кукурудзяний жук (Diabrotica virgifera) поки що карантинний вид, що зараз вже широко розселився в Закарпатті, куди він проник в останні роки з Європи.

Систематики можуть допомогти вирішити питання діагностики і тих видів живих організмів, з якими людина має справу при практичному використанні. Наприклад, українським зоологом,         канд. біол. наук С. Утєвським (Харківський держуніверситет) спільно з доктором наук П. Тронтельджі (США) були досліджені численні проби широко використовуваної нібито медичної п'явки (Hirudo medicinalis L.). У результаті аналізу ДНК ними було встановлено, що проби містили чотири(!) види п'явок, які важко відрізнити за морфологічними ознаками.

Що ж таке «видова назва» в сучасному розумінні?

Як стверджує «Кодекс зоологічної номенклатури», видова назва – це наукова назва виду.

Для позначення виду використовується біномінальна номенклатура. Це система, за якою кожен вид отримує назву латинською мовою, що складається з двох слів: перше – родова назва, друге – видова. Наприкінці наукової назви виду наводиться автор, що дав цю назву, і рік опису в літературі. Наприклад, домашня муха – Musca domestica Linneus, 1758, – вид, що був описаний К. Ліннеєм у 1758 році.

Цікаво, що систематики дають іноді вельми незвичайні назви новим видам живих організмів. Наприклад, австралійський ентомолог Олександр Жіро (A. Girault) надавав найнезвичайніші імена новим видам комах на честь видатних людей, наприклад, учених (вид copernici, рід Davincia), композиторів (beethoveni, brahmsi, chopini, haydni, listzi, mozarti, schumanni, рід Mozartella), поетів і письменників (homeri, vergilii, plutarchi, shakespearei, shakespearella, goethei, роди Plutarchia, Shakesperia і Goethella), античних філософів (aesopi, herodoti, heracliti, plinii, machiaveli) і політиків (caesar, brutus, ulianovi, lenini, stalini, marxi, liebknechti, garibaldia, роди Marxiana і Marxella). Крім того, наприклад, нещодавно ентомологами були описані паразитичні їздці з такими незвичайними назвами – Tshudo yudo і Hacuna matata. Прикладів з подібними назвами досить багато.

Сьогодні назви живих організмів регулюються міжнародними «Кодексами зоологічної та ботанічної номенклатури», які визначають сучасні правила присудження, збереження і зміни назв видів живих організмів. Спірні питання присудження, зміни або збереження назв живих організмів вирішуються Міжнародними комісіями по зоологічній та ботанічній номенклатурі.

Кодекс встановлює правила, згідно з якими дійсною (валідним) є назва з найранішої публікації опису даного живого організму. Пізніші назви одного й того ж виду або роду стають синонімами. Дія «Кодексу зоологічної номенклатури» поширюється на назви, опубліковані після 1 січня 1758 р. (тобто після 10-го видання «Systema Naturae» К. Ліннея).

Кодексом установлено правило виділення типового матеріалу, за яким описується даний організм. Виділяється один типовий екземпляр, який позначають як голотип, а серія того ж виду –паратипи. Типовий матеріал повинен зберігатися не в приватній колекції, а в музеї, де він може бути доступний для дослідження.

Як зараз реєструють і описують нові види тварин і рослин?

Виявляється, в багатьох випадках учені йдуть практично по шляху К. Ліннея і Ч. Дарвіна, тобто публікують наукові статті, в яких приводять довгі складні морфологічні описи нових видів організмів і зазвичай їх чорно-білі малюнки або фото.

На щастя, зараз для складання морфологічних описів вчені-систематики вже можуть скористатися сучасними оптичними мікроскопами, наприклад, МБС, Olympus, Leica або Zeiss (зі збільшенням до 1000 разів), а також скануючим мікроскопом (зі збільшенням до 50000 разів). Крім того, сучасні цифрові кольорові або чорно-білі фотографії дозволяють показати чіткі деталі будови описуваних нових живих організмів. А новітні комп'ютерні програми дозволяють «об'єднати» серії цифрових фотографій і отримати високоякісні об'ємні фотографії навіть найдрібніших живих організмів.

Крім того, сучасні досягнення в молекулярно-генетичних методах дослідження дозволили вченим використовувати порівняння унікальних послідовностей нуклеотидів у структурі ДНК (або, коротко, ДНК-послідовностей) з метою систематики живих організмів.

У багатьох випадках саме порівняння ДНК-послідовностей дозволяє чітко розмежувати види живих організмів, які практично не відрізняються за їхніми морфологічними ознаками.

Для проведення молекулярно-генетичного аналізу ДНК необхідна проба білка живого організму. Для такого дослідження проби зазвичай зберігаються в 96% спирті, але іноді можна використовувати і сухий матеріал (наприклад, сухі частини тварини або рослини з музейної колекції).

Успіхи ДНК-систематики дозволили розробити міжнародну програму «Штрих-код життя» («Barcode of life Initiative»). Унікальні послідовності нуклеотидів у структурі ДНК отримали назву «ДНК штрих-кодів» («DNA-barcoding»). З 2003 року в Інтернеті розміщується інформація про унікальні ДНК-послідовності багатьох груп досліджених живих організмів, з якими можна порівняти отримані ДНК-послідовності нових видів організмів. Таким чином, можна досліджувати навіть тільки частини якого-небудь живого організму і прийти до висновку, який же саме вид знаходиться в даній пробі.

Сучасні описи вперше знайдених тварин, рослин, грибів та інших організмів супроводжуються вже не тільки детальними морфологічними описами, але й каріологічними, біохімічними, етологічними і молекулярно-генетичними дослідженнями. Одночасно додаються також описи ДНК-послідовностей, а також сучасні цифрові фотографії деталей будови; останні з них також розміщуються в базах даних, загальнодоступних для всіх дослідників через Інтернет.

Наприклад, це такі бази даних:

• база Національного центру біотехнологічної інформації США – Genbank,
• база TreeBASE,
• MorphBank для зображень,
• Morphobank – для морфологічних описів живих організмів тощо.

Велике значення має доступність та ясність інформації в описах живих організмів. Багато публікацій із систематики виходять французькою, іспанською, німецькою, португальською, російською та іншими мовами. Проте, зараз фахівці-систематики все частіше друкують свої роботи не тільки українською, російською, італійською, китайською або японською мовами, але й англійською мовою. Публікації з систематики та опис живих організмів на англійській мові зрозуміліші для всіх, їх широко цитують і використовують у всьому світі.

Протягом десятиліть одним з найважливіших видань для зоологів-систематиків були товсті томи журналу «Zoological Record». У цьому журналі і зараз друкуються списки недавно опублікованих нових назв живих організмів, що з'являються у світі всіма мовами. У XXI столітті багато наукових журналів, що стосуються систематики живих організмів, «переїжджають» у цифровий світ, в Інтернет. Наприклад, такі інтернет-журнали англійською мовою як «Zootaxa», «ZooKey», «PLoS Biology», «PLoS One», BMC Journals стають все популярнішими, всесвітньо визнаними і широко цитованими.

Яке майбутнє біологічної систематики?

І сьогодні біологічна систематика зберігає своє найважливіше значення для морфології, біології розвитку, біогеографії, еволюції та палеонтології. І в XXI столітті систематика живих організмів залишається серйозною наукою, яка допомагає правильно класифікувати види і зрозуміти еволюцію живої природи.

Сучасний обмін інформацією та нові технології дозволяють точніше і швидше вирішити питання щодо видової приналежності досліджуваних живих організмів. Це допомагає уникнути або зменшити кількість помилок при ідентифікації видів і зберегти підхід до систематики як до точної науки та фундаментальної частини науки про живе.

В.М. Фурсов, кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Інституту зоології НАН України, м. Київ