分類系統
兩界
瑞典生物學家
林奈(1707~1778),注意到周圍的生物有固著不動和自養型的植物,也有自由行動和異養型的動物。因此,他把整個生物分成相應的兩大類:植物界和動物界,即所謂的兩界
分類系統。該系統把細菌類、藻類和真菌類歸入植物界,把
原生動物類歸入動物界。在分類上,這個系統自問世以來,一直沿用到20世紀50年代。
三界
林奈把生物分為兩大類群:植物界和動物界。兩百多年來,隨著科學的發展,人們逐漸發現,這個
兩界系統存在著不少問題,但直到20世紀50年代,仍為一般教本所遵從,基本沒有變動。
為了解決具備動物和植物雙重特徵的中間類型生物分類難的問題,在19世紀60年代,人們建議成立一個由
低等生物所組成的第三界,取名為
原生生物界,包括細菌、藻類、真菌和原生動物。這個三界系統解決了動植物界限難分的問題,但未被接受,整整100年後,直到20世紀50年代,才開始流行了一段時間,為不少教科書所採用。
四界
在三界分類系統,由於真菌與植物和動物在結構、營養方式上和消化方式上的明顯差異,所以在1959年
魏泰克(R·H·Whittaker)提出了另立1個
真菌界的四界(
原生生物界、真菌界、植物界和動物界)分類系統。
五界
魏泰克(R.H.Whittaker,1924—1980)將生物分成五個界。
生物分類學上使用較廣的是
五界分類系統,它是由美國生物學家魏泰克(R.H.Whittaker,1924—1980)在1969年提出的。魏泰克在已區分了植物與動物、原核生物與
真核生物的基礎上,又根據真菌與植物在營養方式和結構上的差異,把生物界分成了
原核生物界、
原生生物界、真菌界、植物界和動物界五界。
其中的原生生物界包括一切真核的
單細胞生物和沒典型
細胞分化的多細胞生物。魏泰克認為,這些生物處於進化的低級階段,它們之間是沒有清楚界限的,因此,可以放在一個界中。但是,有些分類學家則主張將它們分別放到動物界或植物界中,對於那些同時具有動物和植物兩方面特徵的生物,可以既收入植物界,也收入動物界,承認它們的“雙重身份”。
五界系統按複雜性增加的三個層次排列生命:原核的單細胞(原核生物界);真核的單細胞(原生生物界);真核的多細胞(植物界、
真菌界和動物界)。
隨著生物層次的上升,生物變得愈加多樣化,因為
生物結構和功能複雜性的增加,變異的機會增多。
多細胞生命的三個界代表了一種生態的和形態的分類。植物(生產)、真菌(還原)和動物(消費)代表了我們這個世界上三種主要生存方式。
兩總界五界
中國學者
陳世驤等認為,上述五界分類系統把
原生生物界列為一個中間階段,削弱了原核與真核兩個基本階段的對比性;在
原核生物界和原生生物界內,也沒有考慮生態關係。為此,去掉原生生物界而成為兩總界五界分類系統:原核總界(分為
細菌界和
藍藻界)和真核總界(分為植物界、真菌界和動物界);原來屬於原生生物界的生物,依情況分屬到植物界、真菌界和動物界。
六界
隨著
分子生物學技術的進步,人們發現在五界分類系統中,原核界的細菌在形態上儘管很相似,但根據分子水平上的差異可明顯分成兩大類:古細菌和
真細菌。例如,在古細菌中,存在TATA鍵合蛋白盒子(ATTA box-bindingprotein),這也是
真核生物中RNA
多聚酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的基本轉錄因子,但在真細菌中卻沒有這種轉錄因子。又如,在
核糖體RNA(rRNA)的同源性上,在
細胞壁和細胞膜的成分上,以及在轉移RNA(tRNA)
稀有鹼基的差別上,古細菌和真細菌都有明顯不同;這個不同甚至要超過它們各自與真核生物的不同。所以,
沃斯(C·R·Woese)認為,應把
原核生物界分類兩界:
古細菌界和
真細菌界。古細菌界的細菌主要生活在一些極端環境中,如沼澤地底層(
甲烷細菌)、
熱泉(如布氏火盤菌,最適生長溫度達105 ℃)等。真細菌界的細菌為常見類型,有共生的,如遺傳研究的重要細菌大腸桿菌;有寄生和致病的,如
沙門氏菌和葡萄球菌。真細菌界還包括
藍綠藻。
關於
六界間的生物在進化上的關係,沃斯根據它們在分子水平上的差異認為,所有生物有3種最基本的類型:古細菌、真細菌和最簡單的
真核生物。由於它們彼此間在分子水平上的差異大小近於相等,所以它們可能或多或少直接起源於地球上的
原始生命,即原始生命在自然選擇過程中,或遲或早地出現了這3種類型的獨立進化途徑。
開始,可能古細菌在地球上占優勢,因為它們的代謝很好地適應了
原始地球條件(富有二氧化碳,缺氧、高溫)。往後,當氧成為大氣的主要成分和地球溫度逐漸變冷時,適合於需氧和較低溫度的
真細菌又可能占優勢。關於
真核細胞的起源一直是個謎。根據分析,真核生物葉綠體的DNA和
藍綠藻的DNA極為相似,而有些真核細胞的基因又與古細菌的極為相似,所以最簡單的真核生物可能有複雜的起源,即
原始生命、古細菌和真細菌都可能參與了這一過程,再後,最簡單的真核生物,在長期的自然選擇過程中又進化成四界:
原生生物界、植物界、真菌界和動物界。
病毒是結構上極為簡單的
非細胞生物。病毒是生物,是因它具有生命的某些特徵,如藉助於
宿主細胞可以進行繁殖,以產生更多的病毒。但其簡單的結構,到底是
原始地球上的最初
生命形式,還是原核界
生物退化的產物,現尚無定論,從而也還不能確定其分類地位。
生物分類學的歷史
人類早期分類
人類在很早以前就能識別物類,給以名稱。漢初的《爾雅》把動物分為蟲、魚、鳥、獸4類:蟲包括大部分
無脊椎動物;魚包括魚類、兩棲類、爬行類等低級脊椎動物及鯨和蝦、蟹、貝類等,鳥是鳥類;獸是哺乳動物。這是中國古代最早的動物分類,四類名稱的產生時期看來不晚於西周。這個分類,和林奈的六綱系統比較,只少了兩棲和
蠕蟲兩個綱。
古希臘哲學家亞里士多德採取性狀對比的方法區分物類,如把
熱血動物歸為一類,以與冷血動物相區別。他把動物按構造的完善程度依次排列,給人以自然階梯的概念。
近現代的分類
17世紀末,英國植物學者雷曾把當時所知的植物種類,作了屬和種的描述,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類總結,雷還提出“雜交不育”作為區分物種的標準。
近代
分類學誕生於18世紀,它的奠基人是瑞典植物學者林奈。林奈為分類學解決了兩個關鍵問題:第一是建立了
雙名制,每一物種都給以一個學名,由兩個拉丁化名詞所組成,第一個代表屬名,第二個代表種名。第二是確立了階元系統,林奈把自然界分為植物、動物和礦物三界,在動植物界下,又設有綱、目、屬、種四個級別,從而確立了分類的階元系統。
每一物種都隸屬於一定的分類系統,占有一定的分類地位,可以按階元查對檢索。林奈在1753年印行的《植物種志》和1758年第10版《自然系統》中首次將階元系統套用於植物和動物。這兩部經典著作,標誌著近代
分類學的誕生。
林奈相信物種不變,他的《自然系統》沒有
親緣概念,其中六個動物綱是按哺乳類、鳥類、兩棲類、魚類、昆蟲、蠕蟲的順序排列的。
拉馬克把這個顛倒了的系統撥正過來,從低級到高級列成進化系統。他還把動物區分為脊椎動物和
無脊椎動物兩類,並沿用至今。
由於林奈的進化觀點在當時沒有得到公認,因而對分類學影響不大。直到1859年,
達爾文的《物種起源》出版以後,進化思想才在分類學中得到貫徹,明確了分類研究在於探索生物之間的親緣關係,使分類系統成為生物系譜——
系統分類學由此誕生。
生物分類學的基本內容
總分類
分類系統是階元系統,通常包括七個主要級別:種、屬、科、目、綱、門、界。
隨著研究的進展,分類層次不斷增加,單元上下可以附加次生單元,如總綱(超綱)、
亞綱、次綱、總目(超目)、
亞目、次目、
總科(超科)、亞科等等。此外,還可增設新的單元,如股、群、族、組等等,其中最常設的是族,介於亞科和屬之間。
列入階元系統中的各級單元都有一個科學名稱。分類工作的基本程式就是把研究對象歸入一定的系統和級別,成為物類單元。所以分類和命名是分不開的。
學名命名
種和屬的學名後常附命名人姓氏,以標明來源,便於查找文獻。變種學名亦採取三名制,分類名稱要求穩定,一個屬或種(包括種下單元)只能有一個學名。一個學名只能用於一個對象(
或種),如果有兩個或多個對象者,便是“
異物同名”,必須於其中核定最早的命名對象,而其他的同名對象則另取
新名。這叫做“
優先律”,動物和植物分類學界各自製訂了《命名法規》,所以在動物界和植物界間不存在異物同名問題。“優先律”是穩定學名的重要措施。優先律的起始日期,動物是1758年,植物是1820年,細菌則起始於1980年1月1日。
鑑定學名是取得物種有關資料的手段,即使是
前所未知的新種類,只要鑑定出其分類隸屬,亦可預見其一定特徵。分類系統是檢索系統,也是信息存取系統。許多分類著作,如基於區系調查的動植物志,記述某一國家或地區的動植物種類情況,作為基本資料,都是為鑑定、查考服務的。
物種指一個動物或
植物群,其所有成員在形態上極為相似,以至可以認為他們是一些變異很小的相同的有機體,它們中的各個成員間可以正常交配並繁育出有生殖能力的後代,物種是
生物分類的基本單元,也是生物繁殖的基本單元。
物種概念反映時代思潮。在林奈時代,人們相信物種是不變的,同種個體符合於同一“模式”。模式概念淵源於古希臘哲學的古老的概念,套用到整個分類系統,概念假定所有階元系統中的各級物類單元,都各自符合於一個模式。
物種的變與不變曾經是
進化論和
特創論的鬥爭焦點,是勢不兩立的觀點。但是,
分類學的事實說明,每一物種各有自己的特徵,沒有兩個物種完全相同;而每個物種又保持一系列祖傳的特徵,據之可以決定其界、門、綱目、科、屬的分類地位,並反映其進化歷史。
分類工作的基本內容是區分物種和歸合物種,前者是種級和種下分類,後者是種上分類。種群概念提高了種級分類水平,改進了種下分類,其要點是以亞種代替變種。亞種一般是指
地理亞種,是種群的地理分化,具有一定的區別特徵和分布範圍。亞種分類反映物種分化突出了物種的空間概念。
變種這一術語過去用得很雜,有的指個體變異,有的指群體類型,意義很不明確,在動物分類中已廢除不用。在植物分類中,一般用以區分居群內部的不連續變體。生態型是生活在一定生境而具有一定生態特徵的種內類型,常用於植物分類。人工選育的動植物種下單元稱為品種。
由於種內、種間變異錯綜複雜,分類學者對種的劃分有時分歧很大。根據外部形態的異同程度作為劃分物種依據而劃分的稱為
形態種,由於對各種形態特徵的重要性認識不一,使劃分的種因人而異,尤其是分類學者對某些特徵的“
加權”常使它們比其他特徵更具重要性,而造成主觀偏見。
一個物種或物類,以至整個植物界和動物界,都有自己的歷史。研究
系統發育就是探索種類之間歷史淵源,以闡明親緣關係,為分類提供理論依據。儘管在
分類學派中有綜合(進化)分類學、
分支系統學和
數值分類學三大流派,但在其基本原理上都有許多共同之處,不過各自強調不同的方面而已。
特徵對比是分類的基該方法。所謂對比是異同的對比:“異”是區分種類的根據,“同”是合併種類的根據。分析分類特徵,首先要考慮反映
共同起源的共同特徵。但有同源和非同源的不同。例如鳥類的翼和獸類的前肢是同源器管,可以追溯到共同的祖先,是“
同源特徵”。恆溫在鳥獸是各別起源,並非來自共同祖先,是“非同源特徵”。系統分類採用同源特徵,不取非
同源性狀。
林奈把生物分為兩大類群:固著的植物和行動的動物。
最初的問題產生於中間類型,如眼蟲綜合了動植物兩界的雙重特徵,既有葉綠體而營光合作用,又能行動而攝取食物。植物學者把它們列為藻類,稱為
裸藻;動物學者把它們列為
原生動物,稱為眼蟲。中間類型是進化的證據,卻成為分類的難題。