Systematika (biológia) - biológia

Systematika (zo starogréckeho συστηματικός systēmatikós „Objednané“) alebo Biosystémy je oblasť biológie. Klasický systém sa zaoberá hlavne identifikáciou a pomenovaním živých bytostí (taxonómia). Súčasťou modernej systematiky (Stuessy 1990) [1] je aj rekonštrukcia kmeňových dejín organizmov (fylogenéza), ako aj výskum procesov vedúcich k rozmanitosti organizmov (evolučná biológia), a preto sa označuje aj ako prírodná systematika.

príbeh

Aristoteles

Aristoteles usporiadal živé bytosti, ktoré mu boli známe, do stupňovitého rebríka (Scala Naturae) podľa stupňa ich „dokonalosti“, tj od primitívnych po vyvinutejšie. Zaviedol názvy jednotlivých skupín, ktoré sa používajú dodnes (Coleoptera, Diptera). V staroveku sa napríklad ako klasifikačné kritérium používal zvyk (bylina, ker, krík, strom) alebo spôsob života (hospodárske zviera, divoké zviera, vodný živočích).

Carl von Linné

Carl von Linné použil vo svojich dielach Druh Plantarum (z roku 1753) a Systema Naturae (z roku 1758) binárna nomenklatúra na pomenovanie druhov. Hlavným účelom tejto nomenklatúry je jasne pomenovať druhy bez ohľadu na ich popis.

Linná systematika rastlín

Linné použil kvetinovú štruktúru na klasifikáciu rastlín. Rastliny rozdelil do 24 tried - hlavne podľa počtu a tvaru výdrže. Systém Linného zodpovedal požiadavkám jeho doby, v ktorej sa prírodovedcom otvorili nesmierne nové zážitkové priestory. Objavovacie a obchodné cesty konfrontovali európskych biológov s veľkým počtom nových druhov, ktoré chceli byť popísané a klasifikované. Linnéov systém sa po roku 1850 už nepoužíval, pretože to nebol prirodzený systém. S výskytom Darwins Pôvod druhov Linnéov sexuálny systém sa stal úplne zastaraným, pretože odteraz chcel človek organizovať živé bytosti podľa ich fylogenetického postavenia (prirodzený systém). Linného klasifikácia nižších taxonomických stupňov (druh, rod) je často platná aj dnes. Je to spôsobené tým, že Linného kritérium kvetinovej štruktúry úzko súvisí s procesom špecializácie (v kvitnúcich rastlinách) - zmeny morfológie kvetov, mechanizmov opelenia atď. Často vedú priamo k novým druhom.

Linnésova systematika zvierat

S jeho systémom pre zvieratá je to úplne iné. Základným konceptom je typologická definícia druhu, to znamená zníženie početnosti znakov na niekoľko kľúčových znakov a abstrakcia možných variácií v rámci druhu na jeden typ („idealistická morfológia“). Jeho zoskupenie odrážalo prirodzený systém pre nižšie taxóny, ako sú druhy a rody. Ale Linné už tiež uznal, že jeho klasifikácia vyšších taxónov zostala umelým systémom kvôli dosť svojvoľným kritériám. Pretože vo všetkom tom Linné predpokladal nemennosť druhov a nemal v úmysle vytvoriť fylogenetický systém. Až neskôr to poskytlo odôvodnenie a štandard pre prirodzenosť systému.

Teória evolúcie

Od vzniku evolučnej teórie sa vyvíjalo úsilie o premenu tohto čiastočne umelého systému na prírodný systém, ktorý lepšie odráža vzťahy zostupu (fylogenetika). Hlavnú úlohu spočiatku hrala homologizácia orgánov. Štruktúra proteínov sa študovala od 70. rokov 20. storočia, aby sa odvodili náznaky stupňa vzťahu. Na tento účel sa používajú nielen morfologické a anatomické, ale aj biochemické (chemosystematické), fyziologické, cytologické a etologické charakteristiky. Genetická podobnosť sa používa predovšetkým na určovanie rodinných vzťahov priamo na genetickom zložení.

Úlohu systematiky v porozumení histórie organizmov popísal Charles Darwin vo svojej knihe Pôvod druhov: "Ak vychádzame z tejto myšlienky, že prírodný systém, pokiaľ je to možné, je usporiadaný genealogicky ... potom rozumieme pravidlám, ktoré musíme dodržiavať pri klasifikácii."

Koncepty taxonómie

Peter Ax dáva rovnosť medzi taxonómiou a systematikou, Ernst Mayr odlišuje systematiku ako vedu o rozmanitosti organizmov od taxonómie ako teórie klasifikácie organizmov.

Podľa rôznych teoretických prístupov existujú v systéme rôzne smery:

Klasická evolučná klasifikácia

Ernst Mayr zakladá svoj systém na koncepcii biologických druhov. Pri klasifikácii organizmov sa berie do úvahy rozsah divergencie a poradie vetvenia.

Príklad: Aj keď je rozvetvená sekvencia fylogenetického systému rozpoznaná (krokodíly a vtáky (Aves) majú spoločného spoločného predka mladšieho ako vtáky s ostatnými plazmi), získanie letu vtákov sa považuje za významnú inováciu, ktorá viedla k adaptívnemu žiareniu. Preto je trieda Reptilia zaradená do radu Crocodilia a porovnávaná s triedou vtákov (Aves), ktorá vedie k parafyletickým taxónom.

  • Trieda: Plazy (Reptilia)
    1. Poradie: jašterice mostné (Sphenodontia)
    2. Poradie: Plazy stupnice (Squamata)
    3. Poradie: korytnačky (Chelonia)
    4. Poradie: Krokodíly (Crocodilia)
  • Trieda: Vtáky (Aves)

Numerická taxonómia (fenetika)

V numerickej taxonómii nie sú uvedené žiadne fylogenetické predpoklady. Klasifikácia druhov v systéme nastáva iba na základe merateľných rozdielov a podobností v anatomických znakoch. Pôvodné a odvodené prvky sa navzájom nerozlišujú.

Fenetiku vo veľkej miere nahradila kladistika. Aj napriek tomu niektorí biológovia naďalej používajú fenetické metódy, ako sú susedské algoritmy, aby získali dostatočnú fylogenetickú aproximáciu, keď sú kladistické metódy výpočtovo príliš zložité.

Konzistentný fylogenetický systém

Podľa Williho Henniga sú taxóny tvorené iba druhmi, ktoré tvoria uzavreté spoločenstvo pôvodu, monofil. Najmenšou jednotkou fylogenetickej systematiky je druh taxónu. Monophylum je jednotka organizmickej povahy nachádzajúca sa nad úrovňou druhov, ktorú tvoria všetci potomkovia (rodičovského) druhu a samotný pôvodný druh. Typologická a biologická koncepcia druhu sa odmieta ako neadekvátna.

Fylogenetický druhový koncept zastáva miesto typologického druhového konceptu. V tomto koncepte sú zhrnuté druhy, ktoré sa vyznačujú synapomorfiami a líšia sa od druhov s autapomorfiami. Autapomorfia je evolučná novinka taxónu, ktorá odlišuje tieto taxóny od ostatných taxónov a ustanovuje tak jeho evolučnú jedinečnosť. Synapomorfia predstavuje charakteristiku, ktorá je spoločná iba pre druh, ktorý sa objavil priamo z pôvodného druhu. Znak, ktorý sa vyskytuje v dvoch taxónoch a ktorý sa vyvinul v skorších kmeňových druhoch spoločnej kmeňovej línie, a ktorý sa dá nájsť aj v iných taxónoch pri porovnaní ostatných skupín, sa nazýva plesiomorfizmus. Druh prestane existovať, keď sa zmení na dva nové druhy prostredníctvom špecializácie (tvorba druhov). Prirodzený systém je dichotomický cladogram (podrobnosti nájdete v kladistike).

Carl Linné

Budúca taxonómia založená na sekvenciách báz DNA

V budúcnosti budú rozdiely medzi jednotlivými druhmi systematicky rozpracované pre všetky známe druhy na základe genetických porovnaní (pozri čiarový kód DNA). Dúfame, že to umožní lepšie pochopenie evolúcie.

Úspešnosť a účel čisto genetického spracovania biodiverzity sú však kontroverzné. Koncepty rôznych druhov nie sú univerzálne použiteľné, pretože koncepty druhov sú konštrukty s empirickými základmi. Ostré rozlíšenie medzi druhmi pomocou genetických metód pravdepodobne zlyhá v rámci doteraz používaných druhových konceptov, pretože jednotnú metódu nemožno použiť vo všetkých taxónoch. Rovnako otázne je, či zvíťazí koncept čisto genetického druhu, prostredníctvom ktorého je možné druhy kategorizovať podľa absolútne merateľných genetických rozdielov.

Príklad človeka: klasická evolučná klasifikácia

Ako podrobný príklad klasifikácia ľudí. Kvôli prehľadnosti z. B. Nadrodina/Rodina/Podrodina zoskupená do skupiny „Rodina“. To ilustruje hrubé rozdelenie Impérium> Kmeň> Trieda> Poradie> Rodina> Rod.

Je potrebné poznamenať, že pre všetky druhy sa nevyžaduje rovnaké jemné delenie. U cicavcov z. B. the Cez kmeň nepoužité. (→ Systematika mnohobunkových zvierat.)

  • bohatý
    • Bohatí: mnohobunkové zvieratá
    • Oddelenie: tkanivové zvieratá
    • Pododdiel: dvojstranné zvieratá
  • kmeň
    • Domáca skupina: Neumünder
    • Horný kmeň: (nepoužíva sa u cicavcov)
    • Kmeň: strunatci
    • Vedľajší kmeň: stavovce
  • super
    • Nadtrieda: čeľuste
    • Séria: Pozemné stavovce
    • (bez hodnosti:) pupočné zvieratá
    • Trieda: Cicavce
    • Podtrieda: vyššie cicavce
  • objednať
    • Nadradené: Euarchontoglires
    • Poradie: primáty
    • Podriadenosť: opice so suchým nosom
    • Čiastočná objednávka: Opice starého sveta
  • rodina
    • Nadrodina: Podobná človeku
    • Rodina: ľudoopy
    • Podčeľaď
  • rod
    • Kmene: Hominini
    • Rod: ľudia
    • Typ: Človek

Taxonómia a systematika vo výskume a vede

Taxonómia a systematika sú oblasťami klasickej biológie organizmov. V Nemecku klesá podiel taxonomického vzdelávania na univerzitách a s ním aj podiel dobrých taxonómov medzi biológmi a ekológmi. [2] Dôležitosť dobrého taxonomického spracovania v zbierkach a v teréne si uvedomila implementáciu Dohovoru CBD o biologickej diverzite: V záujme ochrany druhov, populácií a biotopov musia byť aktéri schopní s istotou určiť druhy zvierat a rastlín.