Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Основы систематики организмов

1.1 Систематика как биологическая наука

Систематика - это наука о разнообразии организмов, определяющая их место в системе органического мира. Существует систематика животных, микроорганизмов, грибов, растений.

В задачи любой систематики входит выявление, описание, идентификация, классификация и группирование организмов (от древнейших и примитивных до современных и самых сложных) в систему, в которой было бы однозначно определено положение каждого таксона.

Со времени К. Линнея (XVIII в.) в науке господствовала система двух царств: растений (Plantae) и животных (Animalia). В XX в. с открытием вирусов, а также обнаружением ряда важных различий в процессах обмена веществ и ультраструктуре клетки у разных групп организмов привело к пересмотру устоявшихся взглядов.

В настоящее время общая схема филогенетических (родственных) отношений между основными группами живых организмов выглядит следующим образом (рис. 7.1).

Рис. 1. Филогенетические отношения между основными группами живых организмов

· Империя неклеточные организмы (Noncellulata) - не имеют морфологически оформленной клетки. Империя включает одно царство вирусы (Virae).

· Империя клеточные организмы (Сellulata) -имеют морфологически оформленную клетку. Включает две подимперии.

1. Подимперия доядерные (Procaryota) - не имеют морфологически оформленного ядра. Объединяет два царства:

а) Царство архебактерии (Archaebacteria) - в основе клеточных стенок кислые полисахариды (муреина нет);

б) Царство настоящие бактерии, или эубактерии (Eubacteria) - в основе клеточных стенок - муреин.

2.  Подимперия ядерные, или эукариоты (Eucaryota) - имеют морфологически оформленное ядро. Подразделяется на четыре царства:

а) Царство протоктисты (Protoctista) - автотрофы или гетеротрофы; тело не расчленено на вегетативные органы; отсутствует стадия зародыша; гаплоидные или диплоидные организмы; включает водоросли и грибоподобные организмы.

б) Царство животные (Animalia) - гетеротрофы; питание путем заглатывания или всасывания; отсутствует плотная клеточная стенка; диплоидные организмы; имеется чередование ядерных фаз.

в) Царство грибы (Fungi, Mycota) - гетеротрофы; питание путем всасывания; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой хитин; гаплоидные или дикарионтические организмы; тело не расчленено на органы и ткани.

г) Царство растения (Plantae) - автотрофы; питание за счет процесса аэробного фотосинтеза; имеется плотная клеточная стенка, в основе которой целлюлоза; характерно чередование полового (гаметофит) и бесполого поколения (спорофит) с преобладанием диплоидного поколения. К растениям относятся - отделы риниофиты и зостерофиллофиты (ныне вымершие), моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные.

До недавнего времени грибы, водоросли и высшие растения рассматривались в одном большом царстве растений. И, кроме того, среди растений существовало подразделение на две категории - низшие и высшие. К низшим относили: бактерии, грибы, лишайники и водоросли, к высшим: риниофиты, зостерофилловые, псилотовидные, моховидные, хвощевидные, плауновидные, папоротниковидные, голосеменные и покрытосеменные (цветковые).

Разделы систематики

Таксономические категории и таксоны, бинарная номенклатура.

Современная систематика подразделяется на несколько связанных между собой разделов:

· таксономия - теория и практика классификации организмов, при которой распределяется все множество вновь выявленных и уже известных организмов в соответствии с их сходством и различиями или предполагаемым родством по определенной системе соподчиненных категорий;

· номенклатура - вся совокупность названий таксонов;

· филогенетика - устанавливает родство организмов в историческом плане (филогения) и ход исторического развития мира живых организмов (филогенез) как в целом, так и для отдельных систематических групп.

Наиболее распространенная система, которую сегодня используют ботаники - иерархическая.

Она строится по принципу «коробочка в коробочке». Любая ступень иерархии системы называется таксономическим рангом (таксономическая категория).

Главным таксономическим рангом является - вид (species). Обычно под биологическим видом понимают совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средами, и отделенных от других таких же совокупностей особей отсутствием гибридных форм.

Над видом располагаются род (genus), семейство (familia), порядок (ordo), подкласс (subclassis), класс (classis), отдел (divisio) и царство (regnum) (таблица).

Основные таксономические ранги систематики высших растений и примеры таксонов

Внутри вида могут быть выделены более мелкие систематические единицы: подвид (subspecies), разновидность (varietas), форма (forma); для культурных употребляется категория - сорт.

Таксон - это реально существовавшие или существующие группы организмов, отнесенные в процессе классификации к определенным таксономическим категориям.

Научные названия всех таксонов, относящихся к таксономическим категориям выше вида, состоят из одного латинского слова (униноминальны) и имеют определенные окончания, которые указывают ранг данного таксона (таблица). Название вида состоит из двух латинских слов (биноминальны). Первое слово - это родовое название, второе - видовой эпитет. Например, сосна лесная (обыкновенная) - Pinus sylvestris.

Правило давать видам растений двойные названия известно как бинарная номенклатура. Введена бинарная номенклатура Карлом Линнеем в1753 г.

Материалы для работы систематиков

Материалом для работы систематиков служат живые растения (или их части), а также растения, которые высушены или фиксированы тем или иным способом.

· Обширные коллекции живых растений сосредоточены в ботанических садах. В Европе ботанические сады начали создаваться уже с XIV в.

· Процесс высушивания растений прессом и монтировки на бумаге или картоне получил название гербаризация. Слово «гербарий» в средние века означало книгу (травник), которая посвящена растениям. Изобретение гербаризации (в конце XV века) позволило организовать, в ходе ботанических экспедиций и географических путешествий, сбор растений со всего мира. Собранный материал первоначально хранился в частных коллекциях, впоследствии концентрировался в общедоступных хранилищах (также называемых гербариями). В настоящее время, подобные хранилища имеются во всех развитых странах мира, в том числе и в России. В мире функционируют около 1600 крупных научных гербариев с общим гербарным фондом в 230 млн. гербарных образцов. Старейшие гербарии (Петербургский, Парижский, Лондонский) хранят до 5-6 млн. гербарных образцов каждый и представляют собой бесценное национальное достояние, которое документально фиксирует вехи освоения и изучения природы Земли. Гербарные образцы используются для изучения морфологических особенностей растений, экологии и географии видов, для точного установления таксономической принадлежности растений.

· Фиксируют растения и их части и в специальных жидких фиксаторах сложного состава (со спиртом или формалином). Используют зафиксированные таким образом растения и их части при анатомических, эмбриологических, цитологических и др. исследованиях.

Методы систематики

Сравнительно-морфологический метод (основной метод систематики) - основан на данных сравнительной морфологии и дает наибольшую информацию о родстве таксонов на уровне вида и рода; с помощью данного метода изучают макроструктуру организмов; метод не требует сложного оборудования.

Сравнительно-анатомический, эмбриологический и онтогенетический методы (варианты сравнительно-анатомического метода) - с их помощью изучают микроскопические структуры тканей, зародышевых мешков, особенности гаметогенеза, оплодотворения и развития зародыша, а также характер последующего развития и формирования отдельных органов растений; данные методы требуют совершенной техники (электронной и сканирующей микроскопии).

Сравнительно-цитологический и кариологический методы - позволяют анализировать признаки организмов на клеточном уровне, помогая устанавливать гибридную природу форм и изучать популяционную изменчивость видов.

Палинологический метод - использует данные палинологии (наука, изучающая строение оболочек спор и пыльцевых зерен растений) и позволяет, по хорошо сохраняющимся оболочкам спор и пыльцы, устанавливать возраст вымерших растений.

Эколого-генетический метод - связан с опытами по культуре растений; дает возможность вне зависимости от факторов природной среды изучать изменчивость, подвижность признаков и устанавливать границы фенотипической реакции таксона.

Гибридологический метод - основан на изучении гибридизации таксонов; важен при решении вопросов филогении и систематики.

Географический метод - дает возможность анализировать распространение таксонов и возможную динамику их ареалов (область географического распространения), а также изменчивость организмов, которая связана с географически меняющимися природными факторами.

Помимо указанных выше методов, в систематике используют иммунохимические и физиологические методы, а также данные энтомологии, археологии и лингвистики, которые дают информацию о насекомых вредителях и местах введения в культуру важнейших сельскохозяйственных растений.

1.2 Империя неклеточные организмы (Noncellulata). Царство вирусы (Virae)

Вирусы - это группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, которые размножаются только в клетках живых организмов. Открыты вирусы были в 1892 году русским ботаником Д.И. Ивановским. Данное открытие произошло во время изучения болезни табака, которая проявлялась в появлении пятен на листьях. Болезнь была вызвана вирусом табачной мозаики (рис. 7. 2. 1).

Рис. 2. Вирус табачной мозаики (А - электронная микрофотография, Б - модель).

Вирусная частица (вирион) состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), окруженной белковой оболочкой - капсидом, состоящим из капсомеров. Размеры вириона различных вирусов - от 15 до 400 нм (большинство видны лишь в электронный микроскоп).

Вирусы обладают следующими характерными особенностями:

· не имеют клеточного строения;

· не способны к росту и бинарному делению;

· не имеют собственных метаболических систем;

· содержат нуклеиновую кислоту только одного типа - ДНК или РНК;

· для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота;

· используют рибосомы клетки-хозяина для образования собственных белков;

· не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме хозяина;

· не задерживаются бактериологическими фильтрами.

Кроме того:вирусы паразитируют только на определенных хозяевах (растениях, животных, человеке, микроорганизмах); не размножаются в почве, но могут долго сохраняться в ней, если условия исключают их инактивацию; по типу нуклеиновой кислоты, а также биологическим, химическим, физическим свойствам их разделяют на РНК-содержащие и ДНК-содержащие.

Вирусы микроорганизмов названы фагами. Так, существуют бактериофаги (вирусы бактерий), микофаги (вирусы грибов), цианофаги (вирусы цианобактерий). Фаги обычно имеют многогранную призматическую головку и отросток (рис. 7.2.2.).

Рис. 3. Модель фага

систематика биологический таксон филогенетический

Головка покрыта оболочкой из капсомеров и содержит внутри ДНК. Отросток представляет собой белковый стержень, покрытый чехлом из спирально расположенных капсомеров. Через отросток ДНК из головки фага переходит в клетку поражаемого микроорганизма. После попадания фага бактерия утрачивает способность к делению и начинает производить не вещества собственной клетки, а частицы бактериофага. В итоге клеточная стенка бактерии растворяется (лизируют), из нее выходят зрелые бактериофаги. Лизировать бактерии способен только активный фаг. Недостаточно активный фаг может существовать в клетке микроорганизма, не вызывая лизиса.

При размножении пораженной бактерии возможен переход инфицированного начала в дочерние клетки. Фаги встречаются в воде, почве и других природных объектах. Некоторые фаги используют в генетической инженерии, в медицине для профилактики заболеваний.

Размещено на Allbest.ru