Систематика и филогения

Систематические критерии

В природе существуют виды, которые очень сильно похожи друг на друга. Посмотрите на этих жуков-усачей – они прямо копии друг друга! Но тем не менее, они не могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство… 

Так как учёные определяют, к какому таксону отнести конкретный организм?

Для этого были выведены определенные критерии – признаки, которые характерны только для представителей конкретного таксона.

Современная систематика органического мира базируется на следующих признаках:

1. Морфологические особенности

Внешнее строение организмов играет ключевую роль в соотнесении живых организмов к определенным таксонам, потому что морфологические сходства можно просто обнаружить невооруженным глазом. 

1. Внутреннее строение

Однако, как мы уже выяснили, внешнее сходство может быть обманчивым.

Многие виды мимикрируют под более защищенных особей, при этом относятся к разным родам, а иногда даже классам. Например, муха-журчалка по внешнему строению схожа с осой, однако это представители разных отрядов насекомых. Но “прикид” осы помогает ей избегать лишних конфликтов с окружающими. Эта хитрость в биологии называется мимикрией.

Мимикрия – приспособительная окраска, похожесть менее защищенного вида на более приспособленный.

Внешнее сходство организмов, проживающих в одной среде обитания, также усложняет использование морфологического критерия в систематике. Червяга – безногое пресмыкающееся – на первый взгляд очень похоже на змею, однако они относятся к разным отрядам. Кит напоминает рыбу, но относится к классу Млекопитающие. Оба, и червяга, и кит, используют чит под названием “конвергенция”.

Конвергенция – формирование схожих признаков у разных групп организмов. 

Именно поэтому учёные при описании видов и их таксономии также рассматривают внутреннее строение. Так, у кита можно заметить наличие тазового пояса, характерного для млекопитающих.

Внутреннее строение кита

1. Экологические особенности

К экологическим особенностям относятся способ питания, среда обитания, образ жизни. Однако представители разных видов могут питаться одним и тем же и обитать на одной территории, поэтому опираться на этот критерий нельзя. 

1. Внутреннее строение клетки

Одним из главных критериев выделения таксонов является внутреннее строение клетки и особенности строения органоидов. Так, например, мы можем отличить растительную клетку от животной.

Растительная клетка

1. Генетические данные

Этот критерий вида считается наиболее точным, ведь у каждого вида есть свой индивидуальный кариотип! 

Кариотип – присущий определенному виду набор признаков хромосом (их форма, размер и количество).

Кариотип человека

Почему киты считаются парнокопытными?Долгое время ученые гадали, откуда взялись китообразные. Понятно, что они относятся к млекопитающим и являются вторичноводными животными, но вот загадка – от кого они произошли?Именно новые молекулярно-генетические данные свидетельствуют о том, что китообразные — близкие родственники парнокопытных, в частности гиппопотамов. Да-да, получается, кит – это нечто вроде “морской коровы”.

Вторичноводные животные – живущие в воде организмы, которые имеют наземного предка.

Важно запомнить!Только с помощью комплекса всех перечисленных признаков можно установить возникновение нового вида или отнести его к какому-то таксону. 

Как филогенетические деревья интерпретируются?

Есть много способов представить филогенетическое дерево

Следовательно, важно знать, связаны ли эти различия, которые наблюдаются между двумя деревьями, с разными топологиями, то есть с реальными различиями, соответствующими двум графам, или просто с различиями, связанными со стилем представления.

Например, порядок, в котором метки появляются вверху, может варьироваться без изменения значения графического представления, обычно названия вида, рода, семейства, среди других категорий.

Это происходит потому, что деревья напоминают мобильник, где ветви могут вращаться, не изменяя отношения представленных видов.

В этом смысле не имеет значения, сколько раз изменяется порядок или вращаются «зависшие» объекты, поскольку это не меняет способ их соединения — и это важно

Презентация

Систематическим, или изучение биологического разнообразия для его классификации, основное внимание, в свете последних открытий, на филогенетическую классификации, заменяющей в настоящее время классической классификации. Классическая классификация устанавливает группы или таксоны на основе простого критерия общего сходства

Филогенетическая классификация предполагает, что мы группируем живые существа вместе в соответствии с их родственными связями.  Следовательно, любая систематическая группа (или «  таксон ») содержит живые существа, генетически близкие друг к другу (что не всегда коррелирует с общим фенотипическим сходством ). Узы родства между двумя членами таксона всегда ближе, чем узы родства между любым членом группы и живым существом вне группы (однако бывает, что этот внешний член очень похож из-за феномена эволюционной конвергенции, тогда это вопрос аналогии между видами, что не позволяет их классифицировать). Чтобы восстановить родственные связи между живыми существами, филогения осуществляется в соответствии с двумя методами: и

Поэтому действительно важно понимать разницу между аналогом (подобный символ) и гомологичным (подобный признак, унаследованный от общего предка и возникший в результате эволюции).

Что такое филогения и таксономия?

Филогения и таксономия – это две системы классификации организмов. Они представляют две основные области систематической биологии. Обе эти системы полагаются на характеристики или признаки для классификации организмов в разные группы. В филогенетике цель состоит в том, чтобы проследить эволюционную историю видов, пытаясь реконструировать филогенез жизни или эволюционное древо жизни. Таксономия – это иерархическая система именования, классификации и идентификации организмов. Филогенные характеристики используются, чтобы помочь установить таксономические группы. Таксономическая организация жизни подразделяет организмы на три области :

• Археи: Этот домен включает прокариотические организмы (те, у которых отсутствует ядро), которые отличаются от бактерий составом мембран и РНК.
• Бактерии: Этот домен включает прокариотические организмы с уникальным составом клеточной стенки и типами РНК.
• Eukarya: Этот домен включает эукариот или организмы с истинным ядром. К эукариотическим организмам относятся растения, животных, протистов и грибы.

Организмы в домене Eukarya подразделяются на более мелкие группы: Kingdom, Phylum, Класс, отряд, семейство, род и вид. Эти группы также делятся на промежуточные категории, такие как подтипы, подотряды, надсемейства и суперклассы.

Таксономия не только полезна для категоризации организмов, но также устанавливает особую систему именования организмов. Эта система, известная как биномиальная номенклатура , дает уникальное имя для организма, состоящее из названия рода и названия вида. Эта универсальная система именования признана во всем мире и позволяет избежать путаницы при именовании организмов.

Филогенетическая систематика

Традиционная иерархическая классификация организмов Линнея распределяет организмы в единую таксономию. Таксоны имеют ранги, основанные на общем сходстве входящих в них организмов. Степень сходства уменьшается с повышением ранга.

Однако наука еще была недостаточно развита, чтобы предложить единую схему определения рангов и таксонов. Соответственно, классификация производилась на усмотрение ученых и их представлениях о «божественном плане творения». Созданная таким образом классификация приводит к ряду трудностей: ранги не имеют биологического значения, например, род Люди, Homo, никоим образом таксономически не эквивалентен роду комаров-кулексов, Culex.

В 1950-х и 1960-х годах немецкий энтомолог Вилли Хенниг показал, что филогенез может служить основой для правил более точной (и естественной) таксономии с формально определенными правилами. В настоящее время биологи едины в том, что система классификации жизни должна быть совместима с эволюционной теорией.

Современные биоценозы и экологические ниши

Гидробиология

Зообентос и фитобентос (донная биота)

Зообентос и фитобентос Чёрного моря
Зообентос Чёрного моря по сравнению с фитобентосом по качествен­ному разнообразию
значительно больше уступает средиземноморскому, со­ставляя только 1/4, 1/5 его часть.
Все группы животных представлены в Чёрном море гораздо меньшим числом видов, а некоторые,
как, например, головоногие моллюски, плеченогие, сифонофоры и др., совсем не могут заселить его
из-за пониженной солёности и отчасти из-за низкой зимней температуры, а для отдельных форм
из-за присутствия на небольшой, глу­бине сероводородного брожения.
Это качественное обеднение исходной фауны полносолёного водоёма (Средиземного моря) с переходом к пониженным солёностям
Чёрного моря имеет примерно тот же характер, что и в Белом, и в Балтийском морях.
Однако при этом следует помнить, что это «обеднение» касается только качественного разнообразия,
т. е. в состав растительного и животного населения входит меньшее число видов;
что же касается количественного распределения, то, по сравнению с Среди­земным морем,
фауна и флора Чёрного моря оказываются гораздо более богатыми.

Проблемы биоценозов

Сбой в биотическом равновесии может произойти при массовом распространении
и/или резком увеличении численности какого-либо вида в ущерб другим видам.
Например,
а) распространение морских звёзд-хищников приводит к исчезнвению некоторых видов в акватории;
б) налёт саранчи опустошает округу и обрывает пищевую цепочку.

Самым губительным сбоем, принимающим характер стихийного бедствия,
будет массовая эпидемия, переходящая в пандемию.
Например, Бубонная чума, свирепствовавшая в 1333-1335 гг.,
унесла жизни 75 миллион человек — пости половину населения Европы!
Это для того времени не сравнимо даже с Мировой войной!

Филогенетические определения таксонов

Для того, чтобы была возможна однозначная классификация, необходимо соблюдать правило монофилии таксонов. Монофилетический таксон включает общего предка всех видов в таксоне и все виды, произошедшие от него. Следующая иллюстрация представляет собой кладограмму позвоночных животных (Vertebrata) согласно наиболее распространенной систематике с сильно упрощенной структурой и без учета многих вымерших таксонов:

Монофилетический таксон

Синим цветом выделен монофилетический таксон Reptilia, который можно однозначно определить на основании общего предка всех рептилий. Птицы (Aves) также включены в таксон, поскольку считается, что они произошли от рептилий.

Таковы парафилетические таксоны, включающие общего предка, но не все его потомственные линии. Традиционный класс Reptilia является таким таксоном, поскольку не включает птиц:

Парафилетический таксон

Парафилетический таксон не может быть однозначно идентифицирован, так как не существует формальных критериев для выделения определяющих его признаков.

Классификация в данном случае скорее условна и не возникает естественным образом. Однако используется множество классификаций, включающих парафилетические таксоны.

Все остальные таксоны, т.е. те, которые не включают общего предка, называются полифилетическими и считаются «неестественными»:

Полифилетический таксон

На первый взгляд, систематика, основанная на монофилетических таксонах, может показаться простым решением проблемы несовместимости таксономий, поскольку позволяет однозначно определить таксоны. В действительности, однако, хотя общий подход не вызывает сомнений, по поводу систематики организмов все еще существует ряд споров. Разногласия существуют даже для высших таксонов, таких как классификация черепах (см. Рептилии). Это связано с ограничениями методов современной систематики и огромными вычислительными ресурсами, необходимыми для секвенирования и сравнения геномов организмов.

Другая проблема филогенетической систематики связана с организмами, интенсивно осуществляющими горизонтальный перенос генетической информации. В основном это бактерии, но есть данные о горизонтальном переносе хлоропластной, митохондриальной и ядерной ДНК у эукариот. Горизонтальный перенос является мешающим фактором при изучении вертикального (филогенеза) и требует дополнительных статистических методов для получения корректного дерева.

Вид как этап эволюционного процесса

Основной эволюционной единицей является вид. Именно вид, по мнению Ч. Дарвина, является центральным звеном эволюционного процесса. Само представление о виде было сформулировано еще в античные времена Аристотелем, который рассматривал вид как совокупность сходных особей. Примерно этих же представлений о виде придерживался и К. Линней, рассматривая его как самостоятельную, дискретную и неизменную биологическую и систематическую структуру. В настоящее время вид рассматривается как реально существующая в природе группа особей. Остальные систематические категории являются в известной мере производными вида, выделяемыми учеными на основании тех или иных признаков (роды, семейства и т. п.).

В современной биологии видом называют совокупность популяций особей, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических признаков, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих определенную территорию — ареал. Вид — это основная структурная и таксономическая единица в системе живой природы и качественный этап эволюции организмов.

Экология — контроль и защита биосферы

Так далеко зашли мы в невежестве своём, что мним себя царями над птицей и зверьём. (Персидская мудрость)

Охрана окружающей среды (также прикладная экология или энвайронментология) —
комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.

Также смотрите термины по экологии.

Интересные факты по экологии

• На первом месте по выбросам в атмосферу парниковых газов стоят
  США, Китай, Россия, Бразилия и Индия.
• Золотая лихорадка в Калифорнии закончилась более века назад, но загрязнение природы ртутью,
  которую использовали для обогащения руды, продержится еще не менее 10 000 лет.
  В течение этого времени она будет за счет эрозии поступать в питьевую воду и стекать в океан.
  Там она будет попадать в морепродукты и отравлять потребителей.

Библиография по сохранению окружающей среды

Также смотрите литературу
о влияниее Солнца и планет на экологическую обстановку, а также труды по биофизике.

• Кукпев Ю.И. Физическая экология. — М.: Высшая школа, 2001. — 357 с.
• Современные проблемы изучения и сохранения биосферы.
  Том 1. Свойства биосферы и ее внешние связи. Спб, Гидрометеоиздат. 1992. — 288 с.
• Эволюция и биоценотические кризисы. Ответственные редакторы академик Л. П. Татаринов,
  доктор биологических наук А. П. Расницын. Москва, «Наука» 1987. — 161 с.

Главная  
Науки о природе  
Биология :

Биохимия |
Биогенез |
Генетика |
Эволюционная теория |
Биокризисы |
Палеонтология |
Биоадаптации |
Биосфера |

Ультрамикробы |
Вирусология |
Микробиология |
Ботаника |
Микология |
Зоология |

Биопорталы |
Биоцентры |
Биотермины |
Биокнига |
Работы автора

На правах рекламы (см.
условия):

Алфавитный перечень страниц (Alt-Shift-): А | Б | В | Г | Д | Е (Ё) | Ж | З | И | Й | К | Л | М | Н | О | П | Р | С | Т | У | Ф | Х | Ц | Ч | Ш | Щ | Э | Ю | Я | 0-9 | A-Z | Акр

Ключевые слова для поиска сведений о биосфере и экологии: На русском языке: биосфера, мегабиосфера, экология, живое вещество, защита флоры и фауны, гомеостаз биоценозов, зообентос, фитобентос, пищевые цепи, пищевая пирамида, экологические ниши, филогения сообществ организмов, сингенез, сингенетика, коэволюция, мутуализм, симбиоз; На английском языке: biological web-sites, bio-web.

«Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005.
Автор и владелец — Игорь Константинович Гаршин
(см. резюме).

Пишите письма
().

Страница обновлена 15.09.2022

Способы

Методы:

1. Молекулярной биологии. Часть из них разработал, применял в своих научных целях Чарльз Дарвин. Он использовал биохимические показатели, чтобы установить систематическую принадлежность тех или иных форм.

2. Генетические методики. Этот может быть прямое определение генетической совместимости форм или анализ цитогенетических особенностей.
3. Экологические методики. Совокупность способов изучения условий взаимоотношений, проживания живых существ.
4. Методы систематики. С их помощью специалисты выясняют систематическое расположение той или иной формы.
5. Эмбриологические методики. Существует разные методы изучения эволюционного процесса.
6. Морфологические методы. Если живые существа похожи внутренне, они относятся к одной форме, имеют сходства в функционировании сознания.
7. Биогеографические методы. С помощью этих методик можно проанализировать процесс развития живых организмов в разных масштабах.
8. Палеонтологические методы. С их помощью изучаются смены фауны, флоры, экосистемы, эволюции.

Для получения общей информации о филогенезе, эволюции методики изучения комбинируются.

Эволюционная классификация

Монофилетические линии

Эволюционные биологи стремятся найти классификацию, которая соответствует паттерну ветвления филогенетической истории групп. В этом процессе был разработан ряд терминов, широко используемых в эволюционной биологии: монофилетический, парафилетический и полифилетический..

Таксон или монофилетическая линия — это та, которая включает в себя нецентральный вид, который представлен в узле, и всех его потомков, но не другие виды. Эта группировка называется кладой.

Монофилетические линии определяются на каждом уровне таксономической иерархии. Например, семейство Felidae, линия, которая содержит кошек (включая домашних кошек), считается монофилетической..

Аналогичным образом Animalia также является монофилетическим таксоном. Как мы видим, семья Felidae находится в Animalia, поэтому монофилетические группы могут быть вложенными.

Парафилетические и полифилетические линии

Однако не все биологи разделяют мысль о кладистической классификации. В тех случаях, когда данные не являются полными или просто для удобства, называются определенные таксоны, которые включают виды разных клад или более высоких таксонов, которые не имеют более общего общего предка.

Таким образом, полифилетический таксон определяется как группа, включающая организмы разных клад, которые не имеют общего предка. Например, если мы хотим обозначить группу гомеотерм, это будет включать птиц и млекопитающих.

Напротив, парафилетическая группа не содержит всех потомков самого последнего общего предка. Другими словами, исключите любого из членов группы. Наиболее часто используемым примером являются рептилии, эта группа не содержит всех потомков самого последнего общего предка: птиц.

Что такое филогения?

Филогения определяется как история эволюции конкретного организма или группы организмов одного вида по отношению к широким группам организмов в контексте линий происхождения и родственных связей. Отношения обнаруживаются с помощью метода филогенетического вывода. С помощью этого метода оцениваются наблюдаемые и наследуемые признаки, такие как последовательности ДНК и т. Д.

Другими словами, филогению можно определить как схематическую гипотезу, которая представляет историю эволюционных отношений конкретного вида. Основополагающее для филогении положение состоит в том, что разные виды растений и животных произошли от общих предков. Это общепринято в научном сообществе. Самая верхняя часть филогенной диаграммы (дерево) изображает живые организмы или окаменелости, а также показывает «настоящее» или «конец» определенной эволюционной линии.

Большинство разработанных филогений представляют собой гипотезы, которые в основном основаны на косвенных доказательствах. Это свидетельство почти неполное, поскольку большинство животных было подвергнуто вымиранию, а их остатки, которых мало, сохранились в летописи окаменелостей. Универсальный вывод о филогенном дереве состоит в том, что оно является результатом органического происхождения от предков, и эти истинные филогении считаются принципиально открытыми.

Что такое филогения:

Филогения — это раздел биологии, который занимается изучать происхождение и эволюцию живых существ.

Филогения служит для установления отношений между организмами на основе их ДНК, РНК, анатомии, эмбриологии, морфологии и других представляющих интерес биологических данных. Полученная информация помогает лучше понять эволюцию различных видов, их сходства, различия, отношения и их роль в филогенетическом древе жизни.

Филогения — это слово, составленное из греческих терминов. филон (раса, группа, племя), ген (генерировать) e я (качественный). Это относится к изучению происхождения вида или группы.

Это слово было придумано немецким естествоиспытателем и философом Эрнстом Геккелем в конце 19 века в рамках его исследования, основанного на теории Дарвина.

Совместное использование фенетики и кладистики

В течение долгого времени дискуссии, иногда ожесточенные, выступали против сторонников той или иной техники. Сегодня фенетика и кладистика часто используются вместе как два независимых метода. Когда их результаты сходятся, мы получаем очень прочную филогению; в противном случае исследования продолжаются. Использование молекулярной фенетики и кладистики, а также сравнение полученных деревьев во многом стало возможным благодаря современным методам, таким как ПЦР- амплификация и секвенирование, в сочетании с мощными вычислительными инструментами, которые позволяют их автоматизировать.

Sphenodont  : Tuatara . В его случае определитель «рептилия» обозначает ее принадлежность к диапсидам лепидозавров .

Совместное использование этих двух методов выявило существование в классической классификации многих искусственных группировок, основанных на сходстве конвергенции, следовательно, не основанных на родственных связях, и поэтому теперь они считаются несущественными и не должны больше использоваться в таксономии  : это, например, в случае рыб (мы теперь говорим о «позвоночных, не являющихся четвероногими  »), ископаемых и нынешних амфибий (теперь мы говорим о « неамниотических четвероногих  ») или рептилий (мы теперь отдельно говорим о «  челонианах  », «  лепидозаврах»  «или»  крокодилы  «, причем последние ближе к птицам, чем к двум другим группам). Другой пример — использование гена 16S для филогенетических исследований прокариот .

Изображение археоптерикса как хищника молоди Compsognathus (двух целурозавров ).

Что такое филогенетическое дерево?

Филогенетическое древо — это графическое представление эволюционной истории группы организмов. Эта модель исторических отношений — филогения, которую исследователи пытаются оценить.

Деревья состоят из узлов, которые соединяются с «ветвями». Конечные узлы каждой ветви представляют собой терминальные таксоны и представляют последовательности или организмы, для которых известны данные — это могут быть живые или вымершие виды.

Внутренние узлы представляют гипотетических предков, в то время как предок, найденный в корне дерева, представляет предка всех последовательностей, представленных в графе..