Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

Тема 1

БІОРІЗНОМАНІТТЯ

З історії відкриттів

Мислителі давнини у своїх філософських працях намагалися пояснити походження організмів і систематизувати їх.

Вагомий внесок у розвиток поглядів на живий світ зробили праці давньогрецьких філософів. Геракліт Ефеський (535-475 рр. до н. е.) уважав, що світ вічний і єдиний, у ньому все змінюється й нічого не повторюється. Думку про зародження життя з неживої природи під дією сонячного проміння висловлював Демокріт (460-370 рр. до н. е.). Видатний давньогрецький філософ Арістотель (384-322 рр. до н. е.) уважав, що організми з’являються внаслідок самозародження. Завдяки працям Арістотеля і його учнів закладено основи порівняльної анатомії та ембріології. Учений розробив систематику тварин, визначивши в ній місце людини, яку він назвав суспільною твариною, наділеною розумом. Одна з перших спроб класифікації рослин належить давньогрецькому філософу й природодосліднику Теофрасту (бл. 371-287 рр. до н. е.), який описав понад 500 рослин. Багатий матеріал про рослини й тварин зібрано в період розквіту Римської імперії. Зокрема, у творах Плінія Старшого (І ст. до н. е.) описано понад тисячу рослин. Грецький лікар Діоскорид (І ст.) у праці «Про лікарські засоби» описав понад 500 видів лікарських рослин. На початку XVI ст. італійський ботанік Лука Пні (1490-1556) винайшов спосіб зберігання рослин висушуванням їх між аркушами паперу й цим започаткував їх гербаризацію.

Визначне місце в розвитку систематики належить шведському природознавцю й лікарю Карлу Ліннею. Хоча система організмів Карла Ліннея була штучною, вона спростила вивчення рослин - учений описав понад 1500 нових видів, запровадив близько тисячі нових наукових термінів і понять та створив бінарну номенклатуру, якою ми користуємося дотепер.

Першою науковою спробою пояснити історичний розвиток живої природи була еволюційна теорія французького природодослідника Жана Батиста Ламарка, яку він виклав у праці «Філософія зоології» (1809). Значний внесок у розвиток систематики й філогенії зробили німецькі природодослідники Фердинанд Мюллер (1825-1896) і Ернст Геккель (1834-1919): у 60-х роках XIX ст. вони сформулювали біогенетичний закон. Створення природних систем, в основу яких покладено об’єднання організмів за родинними зв’язками, належить дослідникам наступних поколінь.

Карл Лінней (1707-1778)

Жан Батист Ламарк (1744-1829)

§ 4. Систематика — наука про різноманітність організмів

Дайте означення поняття вид. Що таке систематика?

Незаперечним є факт, що систематика - наука про класифікацію організмів - виникла з потреб людини. У найдавніші часи людина, збираючи плоди, полюючи на тварин, вибирала корисні й уникала отруйних, шкідливих і небезпечних. З розвитком мови таку інформацію людина передавала наступним поколінням, а тому виникла потреба називати та класифікувати оргранізми.

Біологічна систематика. Ми вже згадували про перші спроби систематизації організмів і внесок у становлення біологічної систематики як науки шведського природознавця й лікаря Карла Ліннея. Підходи до класифікації організмів він висвітлив у працях «Система природи» та «Види рослин» (рис. 13). Учений увів чітку підпорядкованість між такими систематичними категоріями, як царство - клас - порядок - рід - вид. Основна ж заслуга К. Ліннея - створення бінарної номенклатури й стандартизація та вдосконалення термінології в ботаніці. Але його система не враховувала походження сучасних організмів, тобто була штучною. Створення природної системи органічного світу є головним завданням сучасної систематики.

Біологічна систематика - біологічна наука про різноманіття живого, завданням якої є опис і впорядковування існуючих і вимерлих видів, їх класифікація та опрацювання природної системи органічного світу.

Рис. 13. Титульна сторінка праці К. Ліннея «Система природи», десяте видання

«Система природи» - найвідоміший твір К. Ліннея. Цю книгу вважають основоположним твором наукової біологічної систематики. Перше видання вийшло 1735 року в Лейдені. За життя Ліннея книга витримала тринадцять перевидань у різних країнах (тринадцяте - віденське - 1767 рік). Для сучасної систематики найважливішим є десяте видання, опубліковане в Стокгольмі 1758 року: воно прийняте за початковий пункт зоологічної номенклатури. За життя К. Лінней був одним з найвідоміших учених у Європі. Швейцарський філософ Жан-Жак Руссо послав йому повідомлення: «Скажіть йому, що я не знаю видатнішої людини на Землі». Шведський письменник Август Стріндберг писав: «Лінней був насправді поетом, який випадково став натуралістом».

Ознайомтеся з біографією К. Ліннея, використовуючи інтернет-джерела. Спробуйте пояснити висловлювання видатних сучасників щодо особистості вченого.

Відповідно до завдань, що стоять перед біологічною систематикою, виділяють її розділи. Розділ систематики, який вивчає об’єднання живих істот у групи на основі аналізу притаманних їм ознак, називають таксономією. Таке об’єднання здійснюють за допомогою зручної класифікації. Біологічна номенклатура - система наукових найменувань біологічних об’єктів, заснована на їхній подібності чи спорідненості. Це універсальна наукова система назв таксонів живих істот, пов’язаних тим або іншим ступенем спорідненості: тварин, грибів, рослин, бактерій, а також вірусів. Завдяки біологічній номенклатурі дають однозначні назви об’єктів, а також визначають їхнє місце в системі органічного світу, що допомагає уникнути використання громіздких описів.

Принципи наукової класифікації живого. В основу природної системи органічного світу - сукупності видів організмів, які живуть або жили на Землі, покладено принципи наукової класифікації живого.

Варто звернути увагу на принцип ієрархічності, згідно з яким систематичні категорії (таксони) нижчого порядку об’єднують у таксони вищого порядку: вид - рід - родина - порядок (ряд) - клас - відділ (тип). У наш час загальновизнаною є подвійна (бінарна) номенклатура назв видів, яка, як зазначено раніше, була запропонована К. Ліннеєм: перше слово - родова назва, друге - видова (рис. 14).

Один з напрямів наукового пошуку систематики - дослідження еволюційних взаємовідносин видів (сучасних і вимерлих), є предметом філогенетичної систематики. Вагомий внесок у розробку цього напряму зробив німецький учений Ернест Геккель, який вивчав закономірності філогенезу - історичного розвитку як окремих груп (видів, родів тощо), так і всього живого загалом. Для визначення філогенезу певної групи вчений запропонував зіставляти дані палеонтології, порівняльної анатомії та порівняльної ембріології.

Рис. 14. Приклади біологічної систематики тварин і рослин

У 2006 році український ентомолог Сергій Анатолійович Сімутнік, співробітник Інституту зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАН України, знайшов у рівненському бурштині викопні рештки вимерлого виду перетинчастокрилої комахи (мешкала в еоцені близько 40 млн. років тому). Учений уперше описав тварину і назвав на честь свого шкільного вчителя біології Анатолія Сігнеевича Вихренка, заслуженого вчителя України.

Наведіть приклади систематичного положення інших видів тварин і рослин, використовуючи інтернет-джерела.

Схожість видів часто вказує на спілне походження. Викопні й сучасні форми гіпотетично об’єднують у єдиний філогенетичний ряд, який відображає послідовність еволюційних змін організмів загалом чи їхніх окремих органів у межах певної систематичної групи. Тому особливе значення для наукової класифікації має принцип філогенетичності, тобто максимально точне відображення еволюційних зв’язків між організмами. Дослідження останніх десятиліть засвідчили, що споріднені види подібні на рівні генетичної інформації та структури білків, а відмінності в гомологічних генах спричинені переважно точковими мутаціями. Це дає змогу точно визначити родинні зв’язки між порівнюваними видами. Дослідження молекулярної генетики підтвердили дані про родинні зв’язки видів, що їх було отримано методами порівняльної анатомії, ембріології та палеонтології.

Нині всі організми поділяють на дві великі групи відповідно до будови їхніх клітин - Прокаріоти та Еукаріоти. Поміж прокаріотів виокремлюють царство Археї та царство Бактерії. Еукаріотичні організми об’єднують у царства Рослини, Тварини та Гриби. Одноклітинні еукаріотичні організми нерідко поєднують ознаки, властиві представникам різних царств (пригадайте особливості Евглени зеленої), тому їх вивчають як окрему групу. Представлення еволюційних взаємовідносин поміж груп організмів здійснюється за допомогою ілюстрацій, які називають філогенетичними деревами (рис. 15).

Сучасні критерії виду. Як вам відомо, уперше поняття виду ввів англійський ботанік Дж. Рей (1693). Відтак створено різні концепції виду - системи поглядів на поняття виду в біології. Найдавнішою є типологічна (морфологічна) концепція виду. Її прибічником був К. Лінней, який визначав вид як сукупність подібних за будовою особин, що схрещуються між собою, дають плідне потомство й не змінюються з часом. На думку Ч. Дарвіна та його послідовників, види реально існують у вигляді сукупності особин, які подібні за будовою, відокремлені від інших і займають певний ареал на цей момент - вид розглядається як фрагмент неперервної еволюції. Головним критерієм виду за біологічною (ізоляційною) концепцією є репродуктивна ізоляція і, відповідно, відсутність гібридів в умовах проживання на одній території близьких видів. Нові відкриття в біохімії, молекулярній біології, генетиці уможливили сучасне означення поняття вид.

Рис. 15. Схематичне відображення еволюційних зв’язків між основними групами організмів

Вид - сукупність особин, які подібні за будовою, процесами життєдіяльності, займають певний ареал, пристосовані до його умов, вільно схрещуються й дають плідне потомство.

В основу визначення виду покладено всебічне вивчення організмів за певними характеристиками - критеріями. До них належать:

• морфологічний (будова організму, тканин, органів, систем органів);

• фізіологічний (процеси життєдіяльності організму);

• генетичний (особини одного виду мають подібний геном, особини навіть близьких видів - відмінні геноми);

• біохімічний (особливості будови й складу макромолекул і перебіг біохімічних реакцій);

• цитологічний (будова клітин);

• географічний (межі ареалу - території поширення виду);

• екологічний (місце, яке займає вид в екосистемі, та особливості його взаємодії з іншими видами).

Нині описано близько 1,2 млн видів організмів (рис. 16). Ретельне вивчення наявної класифікації дозволяє передбачити, що розмаїття життя на Землі значно більше: на суходолі мешкає близько 6,5 млн видів і 2,2 млн живе в океанських глибинах. Отже, знання точної кількості мешканців Землі є питанням науки, відповідь на яке все ще не знайдено.

Рис. 16. Приклади видів організмів

Кишкова паличка

Гриб білий

Орляк звичайний

Коала сірий

Знайдіть інформацію щодо кількості описаних видів бактерій, грибів, рослин і тварин, використовуючи інтернет-джерела.

1. Що вивчає біологічна систематика?

2. Назвіть розділи систематики.

3. Поясніть наукові принципи класифікації живого.

4. Дайте означення поняття вид.

5. Перелічіть сучасні критерії виду.

6. Оцініть важливість систематики для сучасних біологічних досліджень.