Принципи таксономії

Робота систематиків включає кілька напрямків - від збору рослин та описи нових таксонів до генетичних експериментів.

Опис нових таксонів. Хоча зараз вже відомо приблизно 300 000 видів рослин, великі області планети залишаються слабо дослідженими з ботанічної точки зору. Особливо багато нових видів і родів приховують тропічні області. Методи збору матеріалу були багато в чому вдосконалені: вчені беруть із собою апарати для швидкого висушування і розправлення зразків рослин, складають докладні описи місць, де вони були зібрані, часто доповнюють Гербарні екземпляри матеріалом, підготовленим для мікроскопії. Багато експедиції організуються на засоби провідних ботанічних садів та наукових фондів. Описи нових таксонів, публікуються в монографіях і науковій періодиці, даються відповідно до певними стандартами. У великих гербаріях Кью, Лейдена, Нью-Йорка, Вашингтона, Кембриджу, Сент-Луїса, Парижу, Женеви і Берліна зберігаються мільйони детально етікетірованних зразків.

Ревізія таксонів. Поглиблення знань з морфології рослин і поява великих колекцій рослин стимулювало перегляд уявлень про деякі пологах і видах. По окремих родів і цілим домами публікуються докладні монографії. Зразком у цьому сенсі залишається серія Царство рослин (Das Pflanzenreich), опублікована в Берліні за редакцією Енглер і містить критичний огляд всіх відомих пологів. Такі роботи зазвичай включають точні описи, ключі для визначення, ілюстрації, дані по географічному поширенню таксонів і списки вивчених зразків.

Відбір критеріїв класифікації. На зорі систематики рослини розподіляли за видами і іншим таксону на основі зовнішніх ознак, включаючи ті, які можна розглядати через лупу. Пізніше до цих зовнішніми ознаками додалися мікроскопічні особливості внутрішньої будови (анатомії). Як правило, таксономісти класичного періоду дивно точно визначали природні родинні зв'язки таксонів, так що мікроскопічні дослідження в основному лише підтверджували вже існуючі схеми класифікації та підкріплювали їх новими даними. Все ж таки іноді відкриття мікроскопісту ставили під сумнів усталені погляди. Так, Енглер вважав квіти без пелюсток більш примітивними, ніж квіти з пелюстками, але анатомічні дослідження підтвердили гіпотезу Декандоля, ставило рослини з добре розвиненим віночком в центр своєї системи (з його точкою зору погодився пізніше і Чарлз Бессі). Аналогічним чином, Енглер і інші ботаніки минулого вважали важливим систематичним ознакою зрощення пелюсток в трубчастий, дзвоноподібних або лійчастого віночок, однак більш пізні дослідження змусили відмовитися від цього подання. Наприклад, раздельнолепестние Гвоздичні і сростнолепестние первоцветние довгий час знаходилися в різних класах, але потім були визнані близькородинними родинами.

В цілому для класифікації важливі ті ознаки, які не залежать (або мало залежать) від умов середовища. Корисні також риси, стійкі з макроеволюціонной точки зору, тобто не пов'язані безпосередньо з виживанням, а тому слабкіше, ніж інші, яких торкається поточним природним відбором. Наприклад, такі ознаки, як число частин квітки, лісторасположеніе, тип плоду і деякі анатомічні особливості, набагато більш стійкі, а тому і набагато важливіше для класифікації, ніж розміри, колір або опушення, що змінюються в залежності від умов середовища.

Експериментальне вирощування. Про користь спостережень над змінами, що відбуваються з рослинами при пересадці, писав ще Дж.Рей в 17 ст., але систематично до цього методу ботаніки стали вдаватися тільки в нашому столітті. Вирощуючи екземпляри з різних місць існування в звичайному саду, часто можна визначити їх стабільні, не змінюються при зміні умов існування ознаки, тобто ті ознаки, які дозволяють судити про еволюційні взаємозв'язки. У багатьох випадках вдавалося показати, що відмінності, які вважалися зумовленими особливостями грунту, клімату та інших зовнішніх факторів у місцях зростання порівнюваних примірників, мають спадкову основу, тобто важливі для таксономії.

Географія рослин (фітогеографія). Теорія еволюції глибоко вплинула на підходи до дослідження географічного поширення (ареалів) таксонів. Вже в кінці 19 в. ботаніки, на відміну від першопрохідців тропічної Африки та Америки, зрозуміли, наскільки малоймовірно, що в нових для науки регіонах будуть знайдені одні й ті ж види і роди рослин. Стало ясно, що у кожного виду є цілком певний місце походження, з якого він поширювався в інші доступні для нього райони. Геологічні процеси могли розділити сформований ареал, і тоді популяції рослин одного виду, опинившись в ізоляції один від одного, в ході незалежної еволюції давали самостійні таксони. Так, на Гавайських островах виростає безліч ніде більше не відомих видів (ендеміків), предки яких потрапили туди з американського континенту. Таким чином, фітогеографія служить джерелом дуже важливих для класифікації рослин даних.

Цитологія і генетика. Як вже говорилося, природна система організмів покликана відображати їх походження від спільних предків. Побудовані схеми класифікації можуть бути підтверджені або спростовані даними генетики (експериментальної селекції) і цитології (особливо даними, які отримуються при вивченні ділиться клітини). Відомо, що кількість і форма хромосом, тобто нитковидних клітинних структур, що містять спадкову інформацію (гени) і керуючих розвитком індивіда, залежать від систематичного положення організму. Хоча і в рамках одного виду рослин число хромосом може варіювати (наприклад, у деяких фіалок), не приводячи до видимих змін морфологічних ознак, звичайно для кожного виду це число є цілком визначеним (видоспецифічність). Крім того, у близьких видів хромосомні числа часто кратні нікому базового числа (n). Так, в статевих клітинах різних роз буває 7, 14, 21 або 28 хромосом. Це дозволяє зробити висновок, що один з механізмів утворення нових таксонів - подвоєння в процесі еволюції предкової хромосомного числа (поліплоїдизації).

Виникнення поліплоїдії часто робить можливою гібридизацію, тобто схрещування різних таксонів. Міжвидові гібриди звичайно безплідні (стерильні), оскільки різниця між хромосомними наборами батьків перешкоджає спарювання гомологічних хромосом - необхідного етапу процесу мейозу, що лежить в основі формування статевих клітин (спрямовує і яйцеклітин). Якщо гібрид стане поліплоїдні, в його клітинах виявиться кілька наборів батьківських хромосом; в цьому випадку кожна з хромосом зможе знайти собі подібну (гомологічних) і утворити з нею пару, в результаті чого мейоз пройде успішно і рослина зможе розмножуватися, тобто буде фертильним (плідним). Якщо фертильний поліплоїдні гібрид виживе і буде регулярно давати потомство, він стане новою расою, тобто самостійної таксономічній групою. В деяких родах рослин легкість міжвидової гібридизації обумовлена присутністю у різних видів гомологічних хромосом. У цілому ступінь подібності хромосомних наборів корелює з генетичною близькістю таксонів.

Біохімічна систематика. Порівняння з метою класифікації що містяться в рослинах речовин було вперше проведено в 1960-х роках і виявилося досить корисним. Присутність деяких з'єднань, наприклад тих чи інших алкалоїдів, флавоноїдної пігментів і терпенів, часто обмежується цілком визначеними таксонами, виділеними на основі інших ознак. Так, гірчичні олії, що додають гострий аромат, наприклад, гірчиці та хріну, виявлені не тільки в сімействі хрестоцвітих, до якого належать ці рослини, але й у представників декількох близьких до нього груп, зокрема каперсових. З іншого боку, такі з'єднання являють собою результат роботи (експресії) конкретних генів, тобто ділянок ДНК. Уміння виявляти окремі гени і визначати їх специфічну нуклеотидну послідовність стало основою небаченого прогресу в біотехнології та аналізі ДНК, а в області таксономії рослин призвело до виникнення молекулярної систематики.

Молекулярна систематика. Відкриття в кінці 1970-х років бактеріальних ферментів ендонуклеаз, «Розрізають» ДНК у строго визначених точках, дозволило біологам виділяти і вивчати окремі гени і навіть цілі геноми (повні набори генів) різних організмів. Майже одночасно з'явилися методи секвенування, тобто визначення точної нуклеотидної послідовності ділянок ДНК. Для систематики дуже важливе знання генетичної основи конкретного морфологічного (структурного) ознаки. Якщо генетична основа загальної ознаки у двох видів однакова, значить, можна говорити про їх прямому родинному зв'язку, якщо різна - перед нами феномени паралелізму або конвергенції, тобто незалежно виник подібності у близькоспоріднених чи далеких один від одного таксонів.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали енциклопедії "Кругосвет".