Ботаника с основами фитоценологии Систематика растений Вводная лекция
Nomina si nescis, periit cognitio rerum. (Если не знаешь названий, теряется познание вещей). Ариадниной нитью ботаники является система. Без нее – хаос. Карл Линней
1. 2. 3. 4. Систематика как наука. Система ботанических таксономических категорий. Таксон, таксономия. Бинарная номенклатура видов. Структура систематики растений: определение, классификация и номенклатура. Пять принципов Международного кодекса ботанической номенклатуры. Цели и задачи систематики. Краткая история систематики растений как науки. Основные периоды и этапы. Искусственные, естественные, филогенетические системы.
Систематика растений – ботаническая наука, изучающая разнообразие всех существующих и вымерших растений и определяющая их место в системе органического мира. Таксон – это конкретная, реально существующая группа организмов (растений) определенного таксономического ранга, обособившаяся в процессе эволюции, характеризующаяся некоторой устойчивостью во времени и пространстве до наступления критического для каждого конкретного таксона периода в его истории. Любой таксон (в том числе вид) характеризуется суммой морфофизиологических признаков и определенным ареалом.
Основные таксоны • • kingdom (regnum) - царство division или phylum (divisio, phylum) - отдел class (classis) - класс order (ordo) - порядок family (familia) - семейство genus (genus) - род species (species) - вид tribus (триба, колено) - стоит в иерархии таксономических категорий ниже семейства и выше рода (род Белокопытник (Petasites) относится к подтрибе Мать-и-мачеховые (Tussilagininae) трибы Крестовниковые (Senecioneae))
Система основных ботанических таксономических категорий
Вид – основная таксономическая категория Вид – фундаментальная категория в таксономической иерархии, любая другая таксономическая категория определена и описана на основе вида. Так род – группа видов, подвид – часть вида. Вид – основная структурная единица в системе живых организмов, качественно обособленная форма живого вещества, основная единица эволюционного процесса. Вид - совокупность популяций особей населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфо– и физиологических признаков, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой; и – отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм (биологический вид). Наиболее известным в российской ботанике является ставшее уже классическим определение вида, данное В. Л. Комаровым, «вид – это морфологическая система, помноженная на географическую определенность» . Вид - «система …, объединенная общими признаками…, общим происхождением и общим географическим ареалом и достаточно четко отделенная от близких видов, как совокупностью признаков, так и изолирующими барьерами» (А. Л. Тахтаджян) Основные концепции вида – номиналистическая, таксономическая (эссенциалистическая или типологическая), биологическая и филогенетическая.
Вид представляет собой важнейшую таксономическую категорию не только для систематики, но и для всей биологии вообще… К сожалению, вид, как, впрочем, и все другие таксономические категории, с трудом поддаётся сколько-нибудь точному логическому определению. Очень трудно, в частности, дать такое определение вида, которое одинаково хорошо подходило как к растениям, размножающимся половым путём, так и к растениям, размножающимся бесполым путём. В одном случае вид представляет собой систему популяций, а в другом случае он есть система клонов.
Другие таксоны Все категории ранга выше вида являются собирательными таксономическими категориями, предположительно связанными родственными связями (предположительно естественные, монофилитические группы). Так, род состоит из видов, объединенных родственными связями, семейство – из родов и т. д. Виды объединяются в роды, как правило, на основании морфологического сходства. Род может политипным, если содержит много видов, олиготипным, содержащим небольшое количество видов, и монотипным, содержащим один вид. Семейство (familia) – это наименьшая категория из высших таксонов, которая объединяет в себя группы родов (или один род, если семейство монотипное). Порядок (ordo) - объединяет группы родственных семейств, тем самым, позволяя упорядочить семейства. Класс (classis) – это очень крупные таксономические категории. Классы объединены в отделы (divisionis). Далее классы объединены в подцарства. Самая высшая категория – царство - Plantae, то есть растения.
Разделы систематики 1. Определение – это процесс нахождения правильного научного названия для изучаемого растения. Проводится: • с помощью литературы (определители, статьи), содержащей дихотомические или политомические ключи; • путем сравнения с уже определенным гербарным образцом; • с помощью специалиста-ботаника. Каждый таксон обладает уникальными диагностическими признаками, с помощью которых его и возможно определить. Т. е. определение отвечает на вопрос: Кто это?
Разделы систематики 2. Номенклатура – это выбор правильного научного названия для каждого таксона в соответствии с Международным Кодексом ботанической номенклатуры. Таксону любого ранга дается имя (название) на латинском языке, которое становится общепринятым в научном мире и соответственно помогает ориентироваться в разнообразии растений. Т. е. отвечает на вопрос: Как растение (таксон) правильно назвать?
Принципы ботанической номенклатуры 1. Принцип независимости. Ботаническая номенклатура независима от зоологической и микробиологической. 2. Принцип типификации. Применение названий таксонов определяется при помощи номенклатурных типов. 3. Принцип приоритета. Номенклатура таксонов основана на приоритете в обнародовании. 4. Принцип уникальности. Каждый таксон с определенными границами, положением и рангом имеет только одно научное латинское название – наиболее раннее и соответствующее правилам Кодекса. Все остальные названия – синонимы. 5. Принцип универсальности. Научные названия таксонов рассматриваются как латинские независимо от их происхождения и подчиняются правилам латинской грамматики.
Разделы систематики 3. Классификация – создание иерархической системы таксонов на основе определенного набора диагностических признаков (морфология, использование, свойства и т. д. ) (искусственные и естественные системы) или на основе эволюционных связей растений (филогенетические системы). Т. е. отвечает на вопрос: Каковы ближайшие филогенетические родственники изучаемого таксона?
Основная цель систематики – • создание универсального определителя и номенклатуры, а также классификации растений на основе их реальных эволюционных связей, которая бы содержала максимум возможной биологической информации. Чем информативнее система, тем полезней она в научном и прикладном отношении.
Макрозадача: • выявление, описание и классификация всех растений Мира в информативную эволюционно значимую систему, отражающую филогенез растительного мира.
Конкретные задачи: 1. Определение областей экстраполяции данных, получаемых другими науками. 2. Изучение флор. 3. Прогностическая роль систематики.
2. Краткая история систематики растений 1 этап – прагматический включает два периода: описательных, или практических (утилитарных), классификаций – от древних времен до 16 века и искусственных систем – с XVI по XVIII века; 2 этап – классический включает два периода: естественных систем – с конца XVIII до середины XIX века и эволюционной филогенетической систематики (последарвиновский период) с конца XIX века до настоящего времени. 3 этап – неопрагматический включает современный период неклассических систем.
Теофраст (372— 287 до н. э. ) Первая попытка создания классификаций растений, сохранившаяся до нашего времени Описал в своей «Естественной истории» более 500 растений Приводит классификацию средиземноморской флоры, в которой выделяет группы деревьев, кустарников, полукустарников, трав. В каждой группе он различал листопадные и вечнозеленые растения, культурные и дикорастущие, цветущие и не образующие цветков, пищевые, лекарственные, медоносные растения. Классификация Теофраста была искусственной, группы выделялись на экологической основе и отражали практическое использование растений человеком, не отражая естественного сходства между ними.
Плиний Старший (Древний Рим, 79 до н. э. ) описал уже 1000 растений и особое внимание уделял лекарственным и плодовым. Диоскорид (Рим) в 64 г. н. э. в своем сочинении «О лекарственных средствах» описал более 500 видов растений.
Средние века Появляются «Травники» — печатные сочинения с изображением европейских растений и описанием их облика, свойств на латинском языке, бывшем в средние века обязательным языком в науке. В «Травниках» растения располагались без всякой системы.
Эпоха Возрождения В конце XV в. и особенно в XVI в. , с развитием мореходства и международной торговли, с открытием новых стран, наблюдается быстрый рост наук, в том числе и ботаники. Создаются ботанические сады. Первый ботанический сад был создан в Салерно (Италия) Матвеем Сильватиком в 1309 г. В XVI в. появились сады с зачатками всестороннего изучения местных и иноземных растений, в том числе и с целью их классификации. Первые такие сады возникли в Италии — в Падуе (1525) и в Пизе (1544).
В России первые сады ( «аптекарские огороды» ) были созданы в XVII в. - начале XVIII столетия. До настоящего времени сохранился созданный в Москве в 1706 г. по указу Петра I аптекарский огород, преобразованный в 1805 г. в Ботанический сад Московского университета. В 1714 г. в Петербурге был создан аптекарский огород, который в 1823 г. переименован в Ботанический сад.
• Лука Гини, итальянский ботаник в начале XVI в. изобрел способ сохранения растений путем их высушивания между листами бумаги, положив начало гербаризации растений. • А. Чезальпино (1519— 1603) – создатель первой искусственной системы растительного мира (его сочинение « 16 книг о растениях» издано во Флоренции в 1583 г. ). Чезальпино было известно свыше 1000 растений, из них 840 видов цветковых. Разделил растительный мир на 2 отдела: 1 Деревья и кустарники; 2 - Полукустарники и травы. • Каспар Баугин (1560— 1624) описал около 6000 видов растений и дал им краткие описания. Одним из первых начал применять бинарную номенклатуру • Джон Рей (1628— 1705), английский естествоиспытатель, дал определение вида. Впервые разделил цветковые растения на двудольные и однодольные, основываясь на числе семядолей. • Ж. П. Турнефор (1656— 1708) — французский ботаник — наиболее четко сформулировал понятие о роде, а также пытался применять в названиях растений бинарную номенклатуру.
Карл Линней В 1735 г. опубликовал свое известное произведение «Система природы» . Отбросил прежнее деление растений на деревья и травы и построил свою систему, основываясь на строении половых органов — тычинок и пестиков. Разделил весь растительный мир на 24 класса; в 23 включил семенные растения (явнобрачные), в 24 -й класс объединил все споровые растения (тайнобрачные). Всего Линнеем было определено около 1000 ботанических терминов, открыл и описал 1500 новых видов растений. Им было установлено четкое соподчинение между систематическими категориями: царство, класс, порядок, род, вид, разновидность.
Бинарная номенклатура Величайшей заслугой Линнея является введение в обиход бинарной (двусловной) номенклатуры, согласно которой каждый вид обозначается двумя латинскими названиями — родовым и видовым. В 1753 г. вышло в свет сочинение «Виды растений» ( «Species plantarum» ), где Линней приводил описание 10 000 видов и всем были даны двусловные названия.
2 этап Антуан Лоран Жюссье (1748— 1836). В своей естественной системе описал и распределил известные ему 20000 видов растений в 100 порядков (соответствующих современным семействам), выделенных по совокупности основных признаков (цветок, плод, семя). Система А. Жюссье явилась важным этапом в развитии научной систематики, так как она отражала родственные отношения между выделенными систематическими единицами. Швейцарский ботаник О. П. Декандолль (1778 -1841) ( «Опыт естественной системы» ) делил растительный мир на сосудистые и бессосудистые растения. Заложил основы сравнительной морфологии растений.
3 этап Из филогенетических систем наибольшей известностью пользуется система крупнейшего немецкого систематика А. Энглера (1844— 1930), обоснованная в его труде «Syllabus der Pflanzenfamilien» , опубликованная впервые в 1887 г. и выдержавшая 12 изданий.
Из других систем, получивших широкое распространение в конце XIX и первой половине XX в. , заслуживает упоминания система австрийского систематика Р. Веттштейна (1863— 1931). Из систем советских ботаников особенно известны системы Н. И. Кузнецова (1914), Н. А. Буша (1914, 1936), Б. М. Козо-Полянского (1922), А. А. Гроссгейма (1945), А. Л. Тахтаджяна (последнее издание в 1970 г. ).
Системы классификаций таксонов 1. Искусственная (прикладная) система – основывается на одном или нескольких признаков и свойств, которые легко обнаруживаются. Системы Теофраста, Чезальпино, Морисона, Германа, Турнефора, Рея, Линнея и др. 2. Естественные системы учитывают максимальное количество признаков растений: морфологических, цитологических, генетических, биохимических и др. , и основаны на сравнении сходства растений по сумме выбранных признаков по принципу от простого к сложному Системы Б. Жюссье, П. Декандоля и др. 3. Филогенетические системы строятся на эволюционных связях таксонов, т. е. пытаются иллюстрировать реальный процесс филогенеза (происхождения) таксонов. Монофилетические системы Галлира, Бесси, Хатчинсона, Гроссгейма, Тахтаджана и др. ; Полифилетические системы Кузнецова, Амберже.
«Систематика есть одновременно и фундамент и венец биологии, ее начало и конец. Без систематики мы никогда не поймем жизни в ее изумительном многообразии, возникшем в результате долгой эволюции» А. Л. Тахтаджян
Скачать презентацию Ботаника с основами фитоценологии Систематика растений Вводная лекция
Систем. раст. -1.ppt