Підручник з Біології і екології. 10 клас. Остапченко - Нова програма

§ 6. ПРИНЦИПИ СУЧАСНОЇ НАУКОВОЇ КЛАСИФІКАЦІЇ ОРГАНІЗМІВ

Пригадайте завдання науки систематики. Що таке вид організмів? Що таке геном? Що таке філогенез та онтогенез? Що таке мікроеволюція, видоутворення та макроеволюція? Які основні положення синтетичної теорії еволюції?

Принципи наукової класифікації організмів. Одним з головних принципів сучасної систематики є виявлення родинних зв’язків між різними групами організмів, як тих, що існують тепер, так і тих, що колись вимерли. Саме на цьому ґрунтується виділення систематичних груп надвидового рангу: родів, родин і т. д.

Як ви пам’ятаєте, за часів К. Ліннея і раніше системи організмів базувалися лише на подібності їхньої будови і не враховували ступінь спорідненості (це так звані штучні системи). Наприклад, китів лише на підставі зовнішньої подібності відносили до риб, хоча вони є ссавцями. Зовнішньої подібності до риб (обтічна форма тіла, перетворення передніх кінцівок на своєрідні плавці, утворення хвостової згортки, що нагадує хвостовий плавець тощо) кити набули внаслідок переходу до постійного мешкання у воді. Пригадайте: цей процес називають конвергенцією. Сучасні молекулярно-генетичні дослідження свідчать про те, що предки китоподібних походять від ранніх форм парнокопитних. Зокрема, найближчим предком сучасних китів вважають вимерлого хижого ссавця пакіцета (мал. 6.1). Він жив приблизно 48 млн років тому; мав невеликі ратиці, потужні щелепи та довгий хвіст; мешкав біля водойм, у пошуках здобичі заходив у воду.

Мал. 6.1. Сучасні китоподібні та їхні предки. 1 — вимерлий хижий ссавець пакіцет; 2 — горбатий кит, сучасний вид

Важливим етапом у розвитку систематики було створення філогенетичного напряму, який започаткував Е. Геккель (мал. 6.2). Цей учений вважав, що для класифікації організмів важливо враховувати не стільки їхню зовнішню подібність, скільки родинні зв’язки — ступінь спорідненості.

Мал. 6.2. Ернст Генріх Філіп Август Геккель (1834—1919) — відомий дослідник природи, еволюціоніст; автор термінів «екологія», «філогенез», «онтогенез»

Минулого року ви дізналися, що прикладами еволюційних процесів є дивергенція, конвергенція та паралелізм.

Дивергенція — еволюційний процес розходження ознак у нащадків спільного предка (мал. 6.3). Цей процес пояснює, чому протягом розвитку життя на нашій планеті, незважаючи на постійне вимирання певної кількості видів, загальне видове різноманіття не тільки не скорочувалося, а й поступово зростало. Припустимо, що колись існував предковий вид А, який охоплював широкий ареал. Умови існування в різних його частинах могли змінюватись. Щоб вижити в нових умовах, популяції цього виду мали до них пристосовуватись. Через певний час генофонд таких популяцій міг змінитися настільки, що їхні представники втрачали здатність схрещуватись між собою. Так відбуваються процеси видоутворення — виникнення нових видів.

Мал. 6.3. Схема, що ілюструє виникнення нових таксонів унаслідок дивергенції

Сучасна систематика базується на тому, що споріднені таксони походять від спільного предка. Групу, яка включає всіх нащадків спільного предка (як сучасних, так і таких, що колись вимерли), називають монофілетичною (мал. 6.4). Згідно з принципами сучасної систематики право на існування мають тільки такі групи.

Мал. 6.4. Тип Членистоногі — приклад монофілетичної групи, тобто такої групи, усі представники якої походять від спільного предка

Філогенетичний напрям у систематиці організмів визначив подальший розвиток цієї науки. Спираючись на дані різних наук, учені встановлюють ступінь спорідненості організмів і вже на підставі цього створюють сучасні системи різних груп. При цьому вони аналізують різні ознаки. Спільні ознаки свідчать про спорідненість організмів та їхнє походження від спільного предка. Якщо якісь ознаки є лише у представників певної групи, це говорить про її унікальність і самостійність.

Сучасні системи організмів називають природними, або філогенетичними. Філогенетична систематика базується на таких принципах:

• усі сучасні види є нащадками викопних форм, чим забезпечується безперервність життя;

• викопні види є або сліпими гілками еволюції (тобто такими, які не дали початок дочірнім), або предками сучасних видів;

• видоутворення відбувається переважно шляхом дивергенції, тому кожна природна систематична група є монофілетичною і має включати всіх нащадків спільного предка, як тих, що існують нині, так і вимерлих;

• кожний тип тварин (відділ рослин) має притаманний лише йому загальний план будови, який докорінно відрізняється від інших завдяки унікальним ознакам, які називають діагностичними; завдання: пригадайте ознаки представників відділу Покритонасінні (Квіткові), які відрізняють їх від інших відділів вищих рослин;

• різноманіття видів є наслідком їхніх адаптацій до певних умов довкілля (явище адаптивної радіації);

• певні таксони включають як одноклітинні види, так і багатоклітинні, якщо ці види є спорідненими (наприклад, відділи Зелені та Червоні водорості);

• загальною метою сучасної систематики є створення єдиної всеосяжної системи організмів, яка відбивала б хід еволюції.

Адаптивна радіація — поява різноманітних форм, які мають спільного предка, але видозмінилися у зв’язку з пристосуванням до різноманітних умов мешкання. Вона дає можливість використовувати нові джерела їжі, знижувати гостроту конкуренції. Класичний приклад адаптивної радіації — надзвичайне різноманіття сумчастих Австралії. Серед них у процесі еволюції з’явилися травоїдні форми (кенгуру), риючі (сумчасті кроти), форми, пов’язані з деревною рослинністю, що нагадують білок і летяг (тагуанові), хижаки (тасманійський диявол) тощо.

Сучасна філогенетична систематика спирається на дані різноманітних наук (біохімії, цитології, екології, біогеографії, анатомії, фізіології тощо). Особливу увагу приділяють молекулярно-генетичним дослідженням: оскільки споріднені групи організмів походять від спільного предка, то вони успадковують від нього і багато груп спільних генів.

Запам'ятаємо

Що більше спільних груп генів мають організми певних груп, то тісніші між ними родинні зв'язки.

Важливе значення для сучасної систематики мають також цитологічні дослідження, зокрема хромосомного набору організмів — їхнього каріотипу: у споріднених організмів особливості хромосомного набору подібніші, ніж у неспоріднених. Цей напрям досліджень називають каріосистематикою. Дані каріосистематики дають змогу розрізняти види-двійники, які майже неможливо відрізнити зовні. Навіть якщо два види мають подібну кількість хромосом (як-от, капуста та редька — по 18 у диплоїдному наборі), вони відрізнятимуться за особливостями будови відповідних хромосом.

Багато уваги в систематиці приділяють також вивченню мітохондрій і хлоропластів. Згідно з теорією симбіогенезу, яку в остаточному вигляді сформулювала американська біологиня Л. Маргуліс (мал. 6.5, 1), мітохондрії та хлоропласти є нащадками клітин прокаріотів: мітохондрії — аеробних гетеротрофних бактерій, хлоропласти — ціанобактерій (мал. 6.5, 2). Проникнувши у предкову клітину еукаріотів, такі прокаріоти втратили власну самостійність, але зберегли певний ступінь автономії. Вивчення спадкового матеріалу цих органел також дає інформацію про ступінь спорідненості певних груп організмів.

Мал. 6.5. 1. Лінн Маргуліс (1938—2011) — відома фахівчиня в галузі вивчення водоростей, авторка сучасної версії теорії симбіогенезу. 2. Схема, що ілюструє походження мітохондрій і хлоропластів від предкових прокаріотичних клітин: а — походження клітин автотрофних еукаріотів; б — походження клітин гетеротрофних еукаріотів

Ключові терміни та поняття

філогенетична систематика організмів, адаптивна радіація, монофілетична група, теорія симбіогенезу.

Перевірте здобуті знання

1. Які системи організмів називають штучними, а які — природними (філогенетичними)? 2. Який еволюційний процес лежить в основі виникнення сучасного біорізноманіття? 3. Чому сучасна систематика ґрунтується на виділенні монофілетичних груп? 4. На яких положеннях базується сучасна філогенетична систематика? 5. Що таке адаптивна радіація? Яке її значення для зростання біорізноманіття нашої планети?

Поміркуйте

Чому лише філогенетичні системи мають наукове значення?