生物分类学是研究
生物分类的方法和原理的生物学分支。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。对生物进行分类的意义是便于弄清不同类群之间的
亲缘关系和进化关系。
瑞典生物学家
林奈将
生物命名后,而后的生物学家才用域(Domain)、界(Kingdom)、门(Phylum)、纲(Class)、目(Order)、科(Family)、属(Genus)、种(Species)加以分类。种是最基本的
分类单位,科是最常用的分类单位。
基本内容
总分类
分类系统是阶元系统,通常包括七个主要级别:种、属、科、目、纲、门、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)、
亚科等等。此外,还可增设新的单元,如股、群、族、组等等,其中最常设的是族,介于亚科和属之间。
列入阶元系统中的各级单元都有一个科学名称。分类工作的基本程序就是把研究对象归入一定的系统和级别,成为物类单元。所以分类和命名是分不开的。
学名命名
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。变种学名亦采取三名制,分类名称要求稳定,一个属或种(包括种下单元)只能有一个学名。一个学名只能用于一个对象(或种),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。这叫做“
优先律”,动物和植物分类学界各自制订了《
命名法规》,所以在动物界和植物界间不存在异物同名问题。“优先律”是稳定学名的重要措施。优先律的起始日期,动物是1758年,植物是1820年,细菌则起始于1980年1月1日。
鉴定学名是取得物种有关资料的手段,即使是前所未知的新种类,只要鉴定出其分类隶属,亦可预见其一定特征。分类系统是
检索系统,也是信息存取系统。许多分类著作,如基于区系调查的动植物志,记述某一国家或地区的动植物种类情况,作为基本资料,都是为鉴定、查考服务的。
物种指一个动物或
植物群,其所有成员在形态上极为相似,以至可以认为他们是一些变异很小的相同的
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。
物种概念反映时代思潮。在林奈时代,人们相信物种是不变的,同种个体符合于同一“模式”。模式概念渊源于
古希腊哲学的古老的概念,应用到整个分类系统,概念假定所有阶元系统中的各级物类单元,都各自符合于一个模式。
物种的变与不变曾经是
进化论和
特创论的斗争焦点,是势不两立的观点。但是,
分类学的事实说明,每一物种各有自己的特征,没有两个物种完全相同;而每个物种又保持一系列祖传的特征,据之可以决定其界、门、纲目、科、属的分类地位,并反映其进化历史。
分类工作的基本内容是区分物种和归合物种,前者是种级和种下分类,后者是种上分类。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。亚种一般是指
地理亚种,是种群的地理分化,具有一定的
区别特征和分布范围。亚种分类反映物种分化突出了物种的
空间概念。
变种这一术语过去用得很杂,有的指
个体变异,有的指群体类型,意义很不明确,在动物分类中已废除不用。在植物分类中,一般用以区分
居群内部的
不连续变体。
生态型是生活在一定
生境而具有一定生态特征的种内类型,常用于植物分类。人工选育的动植物种下单元称为品种。
由于种内、种间变异错综复杂,分类学者对种的划分有时分歧很大。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,由于对各种形态特征的重要性认识不一,使划分的种因人而异,尤其是分类学者对某些特征的“加权”常使它们比其他特征更具重要性,而造成主观偏见。
一个物种或物类,以至整个植物界和动物界,都有自己的历史。研究
系统发育就是探索种类之间历史渊源,以阐明亲缘关系,为分类提供理论依据。尽管在
分类学派中有综合(进化)分类学、
分支系统学和
数值分类学三大流派,但在其基本原理上都有许多共同之处,不过各自强调不同的方面而已。
特征对比是分类的基该方法。所谓对比是异同的对比:“异”是区分种类的根据,“同”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。例如鸟类的翼和
兽类的前肢是同源器官,可以追溯到共同的祖先,是“
同源特征”。恒温在鸟兽是各别起源,并非来自共同祖先,是“非同源特征”。
系统分类采用同源特征,不取非
同源性状。
林奈把生物分为两大类群:固着的植物和行动的动物。
最初的问题产生于中间类型,如
眼虫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。植物学者把它们列为藻类,称为
裸藻;动物学者把它们列为
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。
分类系统
两界
瑞典生物学家
林奈(1707~1778)注意到周围的生物有固着不动和
自养型的植物,也有自由行动和异养型的动物。因此,他把整个生物分成相应的两大类:植物界和
动物界,即所谓的两界
分类系统。该系统把细菌类、
藻类和真菌类归入植物界,把
原生动物类归入动物界。在分类上,这个系统自问世以来,一直沿用到20世纪50年代。
三界
林奈把生物分为两大类群:植物界和动物界。两百多年来,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,但直到20世纪50年代,仍为一般教本所遵从,基本没有变动。
为了解决具备动物和植物双重特征的
中间类型生物分类难的问题,在19世纪60年代,人们建议成立一个由低等生物所组成的第三界,取名为
原生生物界,包括细菌、藻类、真菌和
原生动物。这个
三界系统解决了动植物界限难分的问题,但未被接受,整整100年后,直到20世纪50年代,才开始流行了一段时间,为不少教科书所采用。
四界
在三界分类系统,由于真菌与植物和动物在结构、营养方式上和消化方式上的明显差异,所以在1959年
魏泰克(R·H·Whittaker)提出了另立1个
真菌界的四界(
原生生物界、真菌界、
植物界和动物界)分类系统。
五界
魏泰克(R.H.Whittaker,1924—1980)将生物分成五个界。
生物分类学上使用较广的是
五界分类系统,它是由美国生物学家魏泰克(R.H.Whittaker,1924—1980)在1969年提出的。魏泰克在已区分了植物与动物、
原核生物与
真核生物的基础上,又根据真菌与植物在营养方式和结构上的差异,把
生物界分成了
原核生物界、
原生生物界、真菌界、植物界和动物界
五界。
其中的原生生物界包括一切
真核的
单细胞生物和没典型
细胞分化的
多细胞生物。魏泰克认为,这些生物处于进化的低级阶段,它们之间是没有清楚界限的,因此,可以放在一个界中。但是,有些分类学家则主张将它们分别放到动物界或植物界中,对于那些同时具有动物和植物两方面特征的生物,可以既收入植物界,也收入动物界,承认它们的“双重身份”。
五界系统按复杂性增加的三个层次排列生命:
原核的单细胞(原核生物界);真核的单细胞(原生生物界);真核的
多细胞(植物界、
真菌界和动物界)。
随着生物层次的上升,生物变得愈加多样化,因为生物结构和功能复杂性的增加,变异的机会增多。
多细胞生命的三个界代表了一种生态的和形态的分类。植物(生产)、真菌(还原)和动物(消费)代表了我们这个世界上三种主要
生存方式。
五界系统:
原核生物界、原生生物界、植物界、
菌物界、动物界。
两总界五界
中国学者
陈世骧等认为,上述五界分类系统把
原生生物界列为一个中间阶段,削弱了原核与真核两个基本阶段的对比性;在
原核生物界和原生生物界内,也没有考虑生态关系。为此,去掉原生生物界而成为两总界五界分类系统:原核总界(分为
细菌界和
蓝藻界)和真核总界(分为植物界、真菌界和动物界);原来属于原生生物界的生物,依情况分属到植物界、真菌界和动物界。
六界
随着
分子生物学技术的进步,人们发现在五界分类系统中,原核界的细菌在形态上尽管很相似,但根据分子水平上的差异可明显分成两大类:
古细菌和
真细菌。例如,在古细菌中,存在TATA
键合蛋白盒子(TATA box-bindingprotein),这也是
真核生物中RNA多聚酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的
基本转录因子,但在真细菌中却没有这种
转录因子。又如,在
核糖体RNA(rRNA)的
同源性上,在
细胞壁和
细胞膜的成分上,以及在转移RNA(
tRNA)
稀有碱基的差别上,古细菌和真细菌都有明显不同;这个不同甚至要超过它们各自与真核生物的不同。所以,沃斯(C·R·Woese)认为,应把
原核生物界分类两界:
古细菌界和
真细菌界。古细菌界的细菌主要生活在一些
极端环境中,如
沼泽地底层(
甲烷细菌)、
热泉(如布氏火
盘菌,最适生长温度达105 ℃)等。真细菌界的细菌为常见类型,有共生的,如遗传研究的重要细菌
大肠杆菌;有寄生和致病的,如
沙门氏菌和
葡萄球菌。真细菌界还包括
蓝绿藻。
关于六界间的生物在进化上的关系,沃斯根据它们在分子水平上的差异认为,所有生物有3种最基本的类型:古细菌、真细菌和最简单的
真核生物。由于它们彼此间在分子水平上的差异大小近于相等,所以它们可能或多或少直接起源于地球上的
原始生命,即原始生命在自然选择过程中,或迟或早地出现了这3种类型的独立进化途径。
开始,可能古细菌在地球上占优势,因为它们的代谢很好地适应了
原始地球条件(富有
二氧化碳,缺氧、高温)。往后,当氧成为大气的主要成分和地球温度逐渐变冷时,适合于需氧和较低温度的
真细菌又可能占优势。关于
真核细胞的起源一直是个谜。根据分析,真核生物
叶绿体的
DNA和
蓝绿藻的DNA极为相似,而有些真核细胞的基因又与古细菌的极为相似,所以最简单的真核生物可能有复杂的起源,即
原始生命、古细菌和真细菌都可能参与了这一过程,再后,最简单的真核生物,在长期的自然选择过程中又进化成四界:
原生生物界、植物界、真菌界和动物界。
病毒是结构上极为简单的
非细胞生物。病毒是生物,是因它具有生命的某些特征,如借助于
宿主细胞可以进行繁殖,以产生更多的病毒。但其简单的结构,到底是
原始地球上的最初
生命形式,还是原核界
生物退化的产物,现尚无定论,从而也还不能确定其
分类地位。
生物历史
早期分类
人类在很早以前就能识别
物类,给以名称。汉初的《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
脊椎动物及鲸和虾、蟹、
贝类等,鸟是
鸟类;兽是
哺乳动物。这是中国古代最早的动物分类,四类名称的产生时期看来不晚于
西周。这个分类,和林奈的六纲系统比较,只少了两栖和蠕虫两个纲。
古希腊哲学家
亚里士多德采取性状对比的方法区分物类,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。
近现代分类
17世纪末,英国植物学者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》是林奈以前的一本最全面的植物分类总结,雷还提出“杂交不育”作为区分物种的标准。
近代
分类学诞生于18世纪,它的奠基人是
瑞典植物学者林奈。林奈为分类学解决了两个关键问题:第一是建立了
双名制,每一物种都给以一个学名,由两个拉丁化名词所组成,第一个代表属名,第二个代表种名。第二是确立了
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。
每一物种都隶属于一定的
分类系统,占有一定的
分类地位,可以按
阶元查对检索。林奈在1753年印行的《
植物种志》和1758年第10版《
自然系统》中首次将阶元系统应用于植物和动物。这两部经典著作,标志着近代
分类学的诞生。
林奈相信物种不变,他的《
自然系统》没有亲缘概念,其中六个动物纲是按
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和
无脊椎动物两类,并沿用至今。
由于林奈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,使分类系统成为生物系谱——
系统分类学由此诞生。