生物分类学

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  生物分类学汉语拼音:Shengwu Fenleixue;英语:Taxonomy),研究生物分类方法和原理的生物学分支学科。通常直接称分类学。又曾称为系统分类学。分类就是遵循分类学原理和方法,对生物的各种类群进行命名和等级划分。分类的对象是形形色色的种类,都是进化的产物。分类系统是生物种类的查找系统,可借以认识和查取有关资料。分类学阐明了种类之间的历史渊源,使建立的分类系统反映出生物进化的历史。

  要将生物分类,首先要知道生物与非生物的定义,但是我们似乎没有办法准确定义,以病毒来说,虽然可在其他生物体内寄生并复制,但在生物体外却没有一般生物的特征如制造或摄取营养,生殖等现象。又如引起疯牛病朊粒(prion)可以造成感染却无DNA成分,一直以来,DNA被视为生命遗传物质,经由与RNA转录转译过程, 形成蛋白质,再进一步形成组成细胞的各个部分,如细胞膜胞器等,而细胞则是我们长久以来所认为组成生命体的最小单位。

  这种分类应该反映不同生物体间的进化树关系(evolutionary tree)。分类学把生物划分为不同的群,而系统学试图寻找生物之间的关系。占主导地位的分类法是林奈氏分类系统(Linnaean),它包括一个属名和种加词。关于如何为生物命名的原则有很多国际协议,例如《国际植物命名法规》(International Code of Botanical Nomenclature,简称ICBN)、《国际动物命名法规》(International Code of Zoological Nomenclature,简称ICZN)以及《国际细菌命名法规》(International Code of Nomenclature of Bacteria,简称ICNB)。第四版的生物命名法规(BioCode)草案在1997年出版,它试图在三个领域标准化命名,但现在还没有被正式采纳。《国际病毒命名和分类法规》(International Code of Virus Classification and Nomenclature,简称ICVCN)是不属于生物命名法规的。

  传统上,生物被划分为五界,它是由Sahn等于1949年提出的:

  原核生物界 —— 原生生物界 —— 真菌界 —— 植物界 —— 动物界

  Copeland提出过四界说:

  菌界细菌蓝藻) —— 原生生物界 —— 植物界 —— 动物界

  也有人使用三域说。这种分类方法反映了细胞是否有核以及细胞膜和细胞壁的差异。

  古细菌 —— 真细菌 —— 真核生物

  另外还有一些不属于上述所有分类的介于生物和非生物之间的生命形式,即只能寄生于细胞内的病毒,而它们在细胞外并不表现出活跃的生命形式。

  病毒 —— 类病毒 —— 朊病毒

发展史

六界系谱图

  人类很早就能识别生物类,给以名称。中国战国末、初成书的《尔雅》把动物分为虫、鱼、鸟、兽4类:虫包括大部分无脊椎动物,鱼包括鱼类、两栖类、爬行类等低级脊椎动物及鲸、虾、蟹、贝类等,鸟是鸟类,兽是哺乳动物。这是中国最早的动物分类,4类名称的产生时期看来不晚于西周。这个分类和瑞典植物学家林奈(1758)的六纲系统比较,只少了两个纲(两栖纲蠕虫纲)。古希腊哲学家亚里士多德采取性状对比的方法区分生物类,如把热血动物归为一类,以与冷血动物相区别。他把动物按构造的完善程度依次排列,给人以自然阶梯的概念。

  17世纪末,英国植物学家J.雷曾把当时所知的植物种类作了属和种的描述,所著《植物研究的新方法》(1682)是当时一本最全面的植物分类著作。

  18世纪诞生了近代分类学,其奠基人是林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题:

  1. 建立了双名制。每一个种都有一个学名,由两个拉丁化名词组成,第一个代表属名,第二个代表种名。
  2. 确立了阶元系统。林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界,在动植物界下,又设有纲、目、属、种四个级别,从而确立了分类的阶元系统。并首先在1753年印行的《植物种志》和1758年第10版《自然系统》中应用于植物和动物。

  林奈相信物种不变,他的《自然系统》没有亲缘概念,其中6个动物纲是按哺乳类、鸟类、两栖类、鱼类、昆虫、蠕虫的顺序排列的。拉马克把这个颠倒了的系统拨正过来,从低级到高级列成进化系统;他还把动物区分为脊椎动物无脊椎动物两类,并沿用至今。但由于他的进化观点在当时没有得到公认,因而对分类学影响不大。直到1859年达尔文的《物种起源》出版以后,进化思想才在分类学中得到贯彻,明确了分类研究在于探索生物之间的亲缘关系,系统分类学由此诞生。

分支学科及与其他学科的关系

  分支学科有:

  分类学与形态学解剖学遗传学生理学生物化学分子生物学等密切相关,这些学科均为分类学提供了分类依据。

主要研究内容

  物种概念和物种标准物种是指一个生物群,其所有成员在形态上极为相似,以至可以认为它们是一些变异很小的相同有机体,它们中的各个成员间可以正常交配并繁育出有生殖能力的后代,物种是生物分类的基本单元,也是生物繁殖的基本单元。

  林奈时代的物种概念包含两个基本内容:客观存在和不变;而达尔文的物种概念与此相反,基本内容是人为单元和变。随着“新系统学”的发展,强调了物种的群体概念,物种是“种群”集团,种群是种内的繁殖单元。种群概念提高了种级分类水平,改进了种下分类,其要点是以亚种代替变种。亚种分类反映物种分化,突出了物种的空间概念。人工选育的动植物种下单元称为品种。根据外部形态的异同程度作为划分物种依据而划分的称为形态种,而强调染色体数目(如二倍体、多倍体、无融合生殖种等)作为分种依据而将外部形态作为次要依据的称为生物学种。

系统原理和分类方法

系统发育示意

  研究系统发育就是探索种类之间的历史渊源,以阐明亲缘关系,为分类提供理论依据。

  系统分类的要求是:

  1. 共同起源 每一个物种都有一个起源的问题,要求同一系统内的物种必须是起源于共同的祖先,这样才能反映自然系谱,称为建立单系系统,即一个物类起源于一个祖种。而复系则指起源于两个或多个祖种。分类学要求建立单系系统。
  2. 分支发展 一个新物类的产生最初总是少数,理论上该是一个物种。从这个最初的祖种,通过分支发展,从少到多,形成为许多不同支系。系统发展是分支发展的过程,分支关系反映亲缘关系。是简化的“系统树”,从A到H代表8个物种,A和B的共同祖先在Ⅰ处,A和C的在Ⅱ处,A和F的在Ⅲ处。共同祖先的远近,决定亲缘关系的远近。
  3. 级进发展(或级序发展) 分支是横的分化,级进是纵的上升,是生物从低级到高级的发展。分支与级进是相辅相成的。分支中有级进,级进后再分支,系统发育是分支与级进的统一发展过程。

  特征对比是分类的基本方法。所谓对比是生物分类性状异同的对比:“异”(差异性)是区分种类的根据,“同”(相似性)是合并种类的根据。分析分类特征,首先要考虑反映共同起源的共同特征。但有同源和非同源的不同。系统分类采用同源特征,不取非同源性状。分类特征反映进化历史,系统分类要求从历史观衡量特征价值。但特征衡量常会出现分歧,重视这一或那一特征,会得出不同的分类。在某些情况下,由于同源和非同源不易区分,为了促进分类的稳定性和重复性,数量分类学主张“总体相似性”的观点,运用电子计算机求得相似性系数,作出分类。生命现象的各个方面都可为分类提供特征,最常用的是形态,尤其是外部形态。但现在愈来愈重视生理、生化、遗传等方面的特征,如DNA(脱氧核糖核酸)的含量比较,蛋白质成分比较,染色体祖型对比,动物交配行为等。

分类阶元

  生物分类系统是阶元系统,通常包括7个主级别:

  

  种(物种)是基本单元,近缘的种归合为属,近缘的属归合为科,科隶于目,目隶于纲,纲隶于门,门隶于界。

  随着研究的进展,分类层次不断增加,单元上下可以附加次生单元,如总纲(超纲)、亚纲、次纲、总目(超目)、亚目、次目、总科(超科)、亚科、亚种等。

  此外,还可增加新的单元,如群、族、组等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。通常种下分类,植物设亚种、变种、变形等单元,动物只设亚种单元,细菌设品系、菌株等单元。

  列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称。命名的单元——表上从家蚕到动物界,从马尾松到植物界,不再是抽象的单元,而是含有实际种类的物类单元。

  种和属的学名后常附命名人姓氏,以标明来源,便于查找文献。家蚕学名后的L.是命名人林奈(Linnaeus)的缩写。亚种命名采取三名制,即属名、种名后再加亚种名。变种学名也采取三名制,只是在种名与变种名之间加上拉丁文varietas(变种)的缩写var.。分类名称要求稳定,一个属或种只有一个学名,如果有两个或多个时,便是“同物异名”,如果有两个或多个对象者,便是“异物同名”,必须于其中核定最早的命名对象,而其他的同名对象则另取新名。这称为“优先律”,动物和植物分类学界各自制订了《命名法规》。“优先律”是稳定学名的重要措施。法规的另一个重要规定是模本方法。凡发表新种(包括新属和新亚种),必须指定一个标本作为命名的模式标本,称为“正模”,简称“模本”。在模本遗失或未定的情况下,可以选取合适标本作为“新模”以代替正模,一般要从原产地和原层位采集。

界级分类

  林奈把生物分为两大类群:固着的植物和行动的动物。随着科学的发展,人们逐渐发现,这个两界系统存在着不少问题。最初的问题产生于中间类型,如Eaglena综合了动植物两界的双重特征,既有叶绿体而营光合作用,又能行动而摄取食物。植物学者把它列为藻类,称为裸藻;动物学者把它列为原生动物,称为眼虫。中间类型是进化的证据,却成为分类的难题。为此,19世纪60年代,有人建议建立一个由低等生物组成的第三界,取名为原生生物界,包括细菌、藻类、真菌和原生动物。当时这个第三界未被接受,直到20世纪60年代才开始流行一段时间,为不少教科书所采用。植物、菌类和动物代表生物进化的三条路线或三大方向,是现代界级分类的根据。当前最流行的分界是一种五界系统。

  五界系统反映了生物进化的3个阶段和多细胞阶段的3个分支,是有纵有横的分类。它没有包括非细胞形态的病毒在内。现在有的人采用六界系统,因为任何生物系统都应把病毒(连同类病毒)包括在内。六界分类系统在病毒界和细菌界之间还加有问号,尚有待深入研究。