Систематика: таксоны и номенклатура

Описанных видов на Земле около двух миллионов, а реально существующих, по разным оценкам, от восьми миллионов и больше. Держать такое количество в голове списком невозможно, поэтому биология решает задачу так же, как библиотека решает задачу с миллионом книг: вводит иерархию. Наука о классификации организмов называется систематикой.

Важно понять, что систематика решает не одну задачу, а две сразу.

Первая — техническая. Нужно, чтобы биолог в Москве и биолог в Мельбурне, произнеся название, имели в виду одно и то же существо. Русское «лютик» — это десятки разных видов, английское robin означает в Британии одну птицу, а в Америке совсем другую. Латинское название снимает путаницу полностью.

Вторая — содержательная, и она важнее. Современная систематика стремится быть естественной, то есть отражать родство. Если два вида попали в один род, это значит не «они похожи», а «у них был общий предок, и недавно». Поэтому система организмов — это, по сути, родословное древо жизни, изображённое в виде вложенных групп. Именно поэтому вопрос «почему кита относят к млекопитающим, а не к рыбам» имеет строгий ответ: внешнее сходство с рыбой — результат приспособления к воде, а строение (лёгкие, четырёхкамерное сердце, теплокровность, молочные железы, кости конечностей) выдаёт родство с наземными зверями.

Из этого следует правило, которое экзамен проверяет: группу определяют по строению и происхождению, а не по образу жизни и не по внешнему виду. Дельфин, летучая мышь и крот живут совершенно по-разному, но все трое — млекопитающие.

Таксон — это группа организмов любого ранга: и вид, и класс, и царство — всё это таксоны. Ранги выстроены строго один в другом, как матрёшки: каждый более высокий таксон включает несколько более низких.

Порядок снизу вверх (его просят восстановить в задании 12):

вид → род → семейство → отряд (у растений — порядок) → класс → тип (у растений — отдел) → царство.

Обрати внимание на две пары названий, из-за которых теряют баллы: у животных говорят отряд и тип, у растений — порядок и отдел. Всё остальное совпадает.

Разберём на примере. Волк: вид Волк серый → род Волк → семейство Псовые → отряд Хищные → класс Млекопитающие → тип Хордовые → царство Животные. Чем выше поднимаемся, тем больше организмов в группе и тем меньше общих признаков у них остаётся. В семействе Псовые все звери похожи настолько, что их родство видно с одного взгляда; в типе Хордовые рядом стоят ланцетник, акула, лягушка и человек, и общего у них только план строения зародыша.

Запомни эту обратную зависимость: чем крупнее таксон, тем беднее набор общих признаков. На ней строится половина заданий: если в вариантах ответа перечислены признаки очень разных организмов, речь идёт о высоком таксоне.

Кроме основных рангов существуют промежуточные — подтип, надкласс, подсемейство, и именно поэтому в разных учебниках число ступеней может отличаться. На экзамене используют только основной ряд.

Самый верхний уровень современной системы — домен, их три: Бактерии, Археи и Эукариоты. Такое деление предложил Карл Вёзе в 1977 году, сравнив последовательности рибосомной РНК: оказалось, что археи отличаются от бактерий глубже, чем гриб отличается от животного.

До XVIII века вид описывали фразой: название рода плюс несколько латинских слов с перечислением признаков. Такие «имена» доходили до десятка слов, у разных авторов различались и запоминанию не поддавались.

Шведский натуралист Карл Линней (1707–1778) ввёл бинарную (двойную) номенклатуру: каждый вид получает имя из двух латинских слов. Первое — название рода, пишется с прописной буквы; второе — видовой эпитет, со строчной. Так появились Homo sapiens (человек разумный), Canis lupus (волк), Pinus sylvestris (сосна обыкновенная). Систему Линней изложил в книге «Система природы», первое издание которой вышло в 1735 году.

Почему латынь? Она была общим языком европейской науки, и, что важнее, она мёртвый язык: живой меняется, значения слов уходят, а латинское название остаётся однозначным столетиями.

Что ещё сделал Линней:

— ввёл иерархию таксонов (класс, отряд, род, вид) в том виде, который дожил до наших дней; — описал около десяти тысяч видов растений и несколько тысяч видов животных; — поместил человека в отряд Приматы рядом с обезьянами, что для середины XVIII века было поступком.

Чего Линней не сделал, и об этом спрашивают: его система была искусственной. Растения он делил по числу тычинок и пестиков — признаку удобному, но случайному, из-за чего в одну группу попадали совершенно неродственные растения. Сам Линней считал виды неизменными, созданными раз и навсегда. Естественной, отражающей родство, систематика стала только после Дарвина, когда сходство объяснили общим происхождением.

В 1735 году двадцативосьмилетний Карл Линней издал книгу «Система природы». В первом издании она занимала двенадцать страниц большого формата — по сути, несколько таблиц. К двенадцатому изданию, вышедшему через тридцать лет, это были уже тысячи страниц с описанием примерно десяти тысяч видов растений и животных.

• • Бинарную номенклатуру. До Линнея вид называли описательной фразой на латыни, иногда в десять слов: «шиповник с гладкими листьями и красноватыми шипами». Такое название невозможно ни запомнить, ни использовать в разговоре, а главное — каждый писал его по-своему, и понять, об одном ли растении речь, было нельзя. Линней ввёл два слова: род и видовой эпитет. Волк стал Canis lupus, собака — Canis familiaris, и из самого названия видно, что они родственны.
• • Соподчинённые ранги. Вид входит в род, род в отряд, отряд в класс, класс в царство. Позже добавились семейство, тип (отдел), домен, но принцип остался.
• • Единый язык — латынь. Мёртвый язык выбран намеренно: он не меняется, и ботаник в Упсале и врач в Москве понимают друг друга одинаково. Это правило действует до сих пор.

Растения он делил по числу и расположению тычинок. Признак заметный и удобный, но выбран произвольно: по нему в одну группу попадали растения совершенно неродственные. Такую систему называют искусственной. Линней это понимал и прямо писал, что его система — временная, для удобства, а естественную ещё предстоит построить.

Естественная система учитывает совокупность признаков и отражает родство. Её построение началось после Дарвина, когда стало ясно, что сходство — это следствие общего происхождения. Сегодня система строится прежде всего по молекулярным данным, и потому иногда решительно перестраивается.

Он поместил человека в один отряд с обезьянами — в отряд приматов — и дал ему имя Homo sapiens. По тогдашним представлениям это было почти богохульством: человека полагалось помещать отдельно от всей природы. Линнея упрекали; он отвечал, что просит показать ему анатомический признак, по которому человека следует отделить от обезьяны, и что как натуралист он такого признака не находит. Заметьте: за сто с лишним лет до Дарвина система, построенная по сходству строения, уже поставила человека на его нынешнее место.

Линней делил живое на два царства — растения и животные; грибы и бактерии он относил к растениям. Сегодня выделяют царства бактерий, архей (или домены), простейших, грибов, растений и животных, а высшим рангом стал домен. Пересмотры продолжаются: молекулярные данные показали, например, что грибы ближе к животным, чем к растениям, а киты — ближайшие родственники парнокопытных. Система не окаменела — она гипотеза о родстве, которая уточняется по мере появления данных.

В заданиях встречаются вопросы на понимание самой записи, и мелочи здесь имеют значение.

Первое слово — род, пишется с прописной буквы. Второе — видовой эпитет, со строчной. Оба набираются курсивом: Homo sapiens, Betula pendula (берёза повислая), Ursus arctos (бурый медведь).

Одно слово видом не является. «Berula» — это род, а не вид; в роду может быть несколько видов, и без второго слова непонятно, о каком речь. Отсюда типовой вопрос: сколько видов обозначено записями Canis lupus, Canis familiaris, Canis aureus? Три вида одного рода.

Русское название и латинское — не одно и то же. Русские названия бывают неоднозначными: «ёлка» в разных местностях значит разное, «клоп-солдатик» и «пожарник» — одно насекомое, а «лютик» объединяет добрую сотню видов. Именно поэтому в науке пользуются латынью: одно имя — один вид, и никаких разночтений.

Название сохраняет историю. Видовой эпитет часто говорит о признаке (alba — белая, officinalis — аптечная, vulgaris — обыкновенный, sylvestris — лесной) или о месте (sibirica, canadensis), а иногда увековечивает имя человека.

Порядок таксонов, который спрашивают чаще всего. Снизу вверх у животных: вид → род → семейство → отряд → класс → тип → царство. У растений вместо отряда порядок, вместо типа отдел. Это единственное различие, и на нём построено немало заданий: «расположите таксоны в порядке возрастания» — и в списке отдел вместо типа подсказывает, что речь о растениях.

Как не спутать при расстановке. Проверяйте себя простым правилом: каждый следующий таксон включает предыдущий и потому объединяет больше организмов. Если в вашем ряду группа стала у́же — порядок неверен. И помните, что вид — единственный реально существующий в природе таксон: все остальные — обобщения, которые проводит человек, и границы их зависят от того, что мы знаем о родстве.

Задание 12 — восстановить последовательность таксонов. Читай условие очень внимательно: спрашивают то «начиная с наименьшего», то «начиная с наибольшего». Половина ошибок здесь — правильно выстроенный ряд, записанный в обратную сторону. Приём: сначала расставь ранги карандашом (вид, род, семейство…), а направление примени в последнюю очередь.

Задание 11 — выбрать три верных признака группы. Работает простое правило: ищи признак, который есть у всех членов группы и только у них. «Имеет клеточную стенку» не годится для растений — она есть и у грибов, и у бактерий. «Клеточная стенка из целлюлозы» годится.

Задание 9 — определить группу по описанию. Держи в голове опорные приметы: хитиновый покров и членистые конечности — членистоногие; мантия и раковина — моллюски; хорда, нервная трубка на спинной стороне, жаберные щели в глотке — хордовые; стрекательные клетки и лучевая симметрия — кишечнополостные.

Частые ловушки.

— Порядок и отряд — это один и тот же ранг, но у растений и у животных соответственно. В ряду по растениям слова «отряд» быть не должно. — Вид — наименьший таксон, а не наибольший; царство — наибольший. — В бинарном названии второе слово само по себе вид не обозначает: sylvestris означает «лесная» и встречается у множества родов. Вид — это только пара слов целиком. — Сходный образ жизни не означает родства. Кит и акула, крот и медведка, летучая мышь и птица похожи из-за схожих условий, а не из-за общего предка. Такое сходство называют конвергентным, и оно ещё встретится в теме эволюции.