Co to jest taksonomia?

Gdybyś zobaczył na trawniku pierzaste, dwunożne stworzenie, co byś powiedział ludziom, których widziałeś? Robin? Kos? Co powiesz na dinozaura?

Z punktu widzenia taksonomisty nie można pomylić się z dinozaurem. Zgodnie z taksonomią, dyscypliną, która nadaje wszystkim znanym organizmom oficjalne nazwy naukowe, wszystkie ptaki są dinozaurami. „Robin” i „Blackbird” to pospolite nazwy, które mogą oznaczać różne rzeczy w różnych miejscach, podczas gdy klad „Dinosauria” to jasne określenie naukowe - i obejmuje ptaki, które wywodzą się od starożytnych gigantów.

Zasadniczo taksonomia to nauka polegająca na nazywaniu, definiowaniu i klasyfikowaniu „biologicznie i ewolucyjnie odrębnych grup organizmów” - powiedział David Baum, botanik z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, który bada ewolucję i systematykę. Biolog z Uniwersytetu Stanforda, Paul Ehrlich, ujął to prościej w eseju na stronie internetowej Birds of Stanford: „Taksonomia… to nauka o klasyfikowaniu organizmów”.

Dyscyplina taksonomii analizuje, w jaki sposób stworzenia powinny być grupowane w różne taksony (np. Te konkretne ptaki tworzą gatunek inny niż ten); określa, jak nazwać te taksony (tym gatunkiem ptaków jest Spinus tristis, amerykański szczygieł, i to jest Eudyptes solidus, pingwin czubaty); i pokazuje, jak mniejsze grupy gniazdują razem w większe, na przykład jak różne gatunki są zgrupowane w jednym rodzaju.

To gniazdowanie przechodzi od gatunku do rodzaju, a następnie w górę przez rodzinę, porządek, klasę, typ, królestwo i domenę. Stąd koty domowe, gatunek Felis catus, zamieszkują w rodzaju Felis, gniazdujące w rodzinie Felidae (wraz z innymi kotami, takimi jak tygrysy i rysie), która z kolei siedzi w kolejności Carnivora (wraz z innymi drapieżnikami, takimi jak niedźwiedzie i morsy). Zakon ten gniazduje w klasie Mammalia, która obejmuje również zebry, wieloryby i ludzi. Ssaki są częścią gromady Chordata, która obejmuje wszystkie kręgowce i bardziej egzotyczne stworzenia, takie jak tryskacz. Ta gromada żyje w królestwie Animalia, które jest częścią domeny Eukaryota, która obejmuje wszystko, co ma jądro w swoich komórkach.

Związane z: Komórki prokariotyczne a komórki eukariotyczne: jaka jest różnica?

Taksonomia decyduje również o tej dwuczęściowej, dwumianowej nazwie rodzaju plus gatunek, której naukowcy używają do formalnego oznaczenia określonego organizmu (Homo sapiens dla nas, Clostridium difficile dla jednego z naszych niepożądanych gości bakteryjnych).

Baum powiedział, że te ostateczne nazwy sprawiają, że taksonomia jest kluczowa dla naukowców. „Musimy mieć jasną komunikację. Więc jeśli mówię o konkretnej grupie ewolucyjnej, a ktoś inny jest [też], wiemy, że mówimy o tym samym” - powiedział. „To podstawowy powód, dla którego absolutnie potrzebujemy taksonomii”.

Taksonomia odzwierciedla ewolucję

Nieodłącznym elementem tej użyteczności jest sposób, w jaki taksonomia grupuje organizmy według ich relacji. We współczesnej taksonomii oznacza to opisywanie powiązań ewolucyjnych. Grupa taksonomiczna musi zawsze odnosić się do zbioru organizmów, które pochodzą od tego samego przodka, w pewnym momencie historii ewolucji. Wszystkie gatunki należące do tego samego rodzaju mają wspólnego przodka. To samo dotyczy każdego rodzaju w jednej rodzinie i tak dalej.

Taksonomia jest tak mocno powiązana z teorią ewolucji, że może być trudno określić, kiedy badacz „robi taksonomię”, a kiedy „zajmuje się biologią ewolucyjną” - powiedział Baum..

Związane z: Co to jest konwergentna ewolucja?

Klasycznie taksonomista zajmuje się taksonomią, badając różne cechy organizmu lub grupy organizmów, porównując je ze znanymi przykładami, a następnie, jeśli jest to uzasadnione, ponownie przypisuje nazwy lub przypisuje nowe. Taksonomista może wziąć zestaw okazów i rozdzielić potencjalnie różne gatunki, jak opisuje Sekretariat Konwencji ONZ o różnorodności biologicznej.

Następnie badacz sprawdzał, czy grupy te miały już nazwy, czasami czytając opisy okazów sprzed wieków lub porównując je z próbkami z muzeów i zielników. Przyjrzeliby się cechom zewnętrznym i wewnętrznym, a może nawet przeanalizowali DNA. Jeśli te porównania nie wykażą żadnych dopasowań, taksonomista sporządzi opis i przypisze nową nazwę gatunku zgodnie ze skomplikowanymi zasadami nomenklatury taksonomicznej. Następnie wynik zostałby opublikowany.

Ta praca może wymagać pewnego ewolucyjnego odkrycia, nie tylko nazywania. W praktyce taksonomiści zajmują się biologią ewolucyjną, powiedział Baum. „Rekonstruują historię ewolucji. I tak cały czas odkrywają nowe ewolucyjne związki między organizmami”.

Współzależność pola z teorią ewolucji oznacza również, że taksonomia musi z kolei odpowiadać na odkrycia ewolucyjne. Tak więc grupy i nazwy mogą się zmieniać, czasami dramatycznie.

Na przykład gady pierwotnie obejmowały jaszczurki, węże, żółwie i krokodyle. Ptaki uznano za odrębne. Z czasem jednak naukowcy odkryli, że krokodyle były bliżej spokrewnione z ptakami niż którekolwiek z nich z innymi gadami. (Zostało to odkryte najpierw poprzez badania morfologiczne, ale później dobrze potwierdzone przez analizę molekularną, powiedział Baum.) To pozostawiło taksonomów w rozterce co do tego, do czego powinno odnosić się grupa „gad”, ponieważ jeden z jej głównych członków był teraz postrzegany jako - blisko spokrewniony z osobą z zewnątrz - powiedział Baum.

„Jeśli taksonomia nie odzwierciedla właściwie historii ewolucji, a ludzie zakładają, że tak, to mają tendencję do popełniania błędów…”

- botanik David Baum

Związane z: Czy ptaki są dinozaurami?

Taksonomiści mogli zarezerwować termin „gad” dla określenia członków niebędących krokodylami (węże, jaszczurki i żółwie), ponieważ krokodyle były ściślej spokrewnione z ptakami. Zamiast tego naukowcy rozszerzyli zakres gadów, aby teraz obejmowały ptaki.

Rozwijając się jeszcze dalej, naukowcy ostatecznie przyjęli, że jedna grupa dinozaurów, teropody, są bliżej spokrewnione z ptakami niż z jakimikolwiek innymi gadami. (Dowody na to budowane przez lata, poczynając od ptasiego Archeopteryx XIX wieku i kontynuując odkrycie wielu upierzonych dinozaurów w latach 90.)

Znowu taksonomiści mogli ograniczyć termin „dinozaury” do tych dinozaurów, z których nie wywodzą się ptaki. Zamiast tego naukowcy zdecydowali się zachować zgrupowanie wszystkich wcześniej rozpoznanych dinozaurów, jak Dinozaury, uznając ptaki za potomków jednej gałęzi dinozaurów.

Związane z: Jaka jest różnica między aligatorami a krokodylami?

Reagując na takie odkrycia ewolucji, taksonomia nie tylko zmienia nomenklaturę: pomaga naukowcom uniknąć błędów, powiedział Baum. „Gdyby ptaki były taksonomicznie oddzielone od krokodyli, biolodzy mieliby tendencję do zakładania, że ​​anatomia i fizjologia krokodyli będą przypominać jaszczurki, zamiast patrzeć na ptaki” - powiedział. „Jeśli taksonomia nie odzwierciedla właściwie historii ewolucji, a ludzie zakładają, że tak, to mają tendencję do popełniania błędów w wnioskach. Mają skłonność do przeskakiwania do fałszywych wniosków”.

Kto wynalazł taksonomię?

Jednak ewolucja nie zawsze odgrywała tę rolę w taksonomii. Dzisiejszy hierarchiczny, rankingowy system został zapoczątkowany przez Charlesa Linneusza, XVIII-wiecznego szwedzkiego botanika. Linneusz nie podpisał się pod teorią Darwina - częściowo z dającego się wybaczyć powodu, że nie została jeszcze wynaleziona. Baum powiedział, że pierwszy wielki kamień milowy w ewolucji własnej taksonomii nadszedł wraz z wprowadzeniem teorii ewolucji. „Od czasów Darwina istniał zamiar odzwierciedlenia historii ewolucji w systemie taksonomicznym”.

Jednak dokładnie, jak to zrobić, pozostawało niejasne aż do połowy XX wieku. Następnie niemieccy naukowcy, tacy jak Willi Hennig, wykazali, że „jeśli chcesz odzwierciedlić historię ewolucji, powinieneś nadawać nazwy tylko… grupom, które pochodzą od wspólnego przodka” - powiedział Baum..

Dzisiaj te „grupy monofiletyczne”, czyli grupy wywodzące się od wspólnego przodka, regulują sposób, w jaki taksonomiści określają taksony, z grupami odgałęziającymi się z drzewa życia od ich wspólnych przodków. Dlatego każdy rodzaj w rodzinie musi mieć wspólnego przodka i tak dalej. „Tak jak na zwykłym drzewie, wyobraź sobie, że chwytasz gałąź i mówisz:„ Cóż, wszystko, co jest na tej gałęzi, nadamy mu nazwę ”- powiedział Baum. To jest grupa monofiletyczna.

Inne ważne wydarzenia w ewolucji taksonomii posłużyły do ​​wzmocnienia spostrzeżeń Darwina i Henniga. Pojawienie się analizy DNA pomogło naukowcom dokładniej zmierzyć, jak spokrewnione są organizmy, a skok mocy obliczeniowej przyspieszył odkrycia genetyczne, powiedział Baum..

Problem z klasyczną taksonomią

Ale w środku tej lśniącej, nowoczesnej ery obliczeniowej, taksonomia zachowuje ślady swoich wielowiekowych korzeni - które niektórzy naukowcy, w tym Baum, nazywają bagażem.

Nazwy dwumianowe, na początek, wyrosły z przed-darwinowskiego sposobu myślenia Linneusza. W przypadku Linneusza Baum powiedział: „Rodzaje były tym, co stworzył Bóg, a po stworzeniu nastąpiły pewne przegrupowania, które spowodowały powstanie różnych gatunków z rodzaju. Więc rodzaj był rodzajem -„ rodzaj ”oznacza„ rodzaj ”po łacinie - [ i] gatunki były odmianą, modyfikacją tego ”.

Zatem sam system nazewnictwa, który daje nam Homo sapiens i Tyrannosaurus rex, odzwierciedla pogląd kreacjonistów, powiedział Baum..

Związane z: Dlaczego kreacjoniści chętniej kupują teorie spiskowe

„Klasa ślimaków nie może być sensownie porównana z klasą ryb”.

- filogenetyk Ronald Jenner

Dla Bauma i innych „bagaż” taksonomii obciąża cały system klasyfikacji, szczególnie ze względu na rangi. Naukowcy twierdzą, że ważną informacją w taksonomii jest to, że określone grupy mają wspólnego przodka, a nie to, czy zaliczają się do rodzaju, gromady, rodziny czy rzędu. Takie rankingi sugerują równoważność między taksonami, która nie odpowiada rzeczywistości, powiedział Baum.

Na przykład jeden typ może mieć znacznie inny zakres różnorodności i oś czasu ewolucyjnej dywergencji niż inny, mimo że oba są typami, pisze Christie Wilcox w Quanta. „Szeregi nie oznaczają niczego konkretnego ani jednolitego we wszystkich grupach życia” - napisała.

„Klasy ślimaków nie można sensownie porównywać z klasą ryb” - powiedział filogenetyk z London Natural History Museum Ronald Jenner..

Alternatywny system może po prostu sklasyfikować organizmy według ich grup monofiletycznych - zagnieżdżonych taksonów, które mają wspólnych przodków - bez przypisywania nazw rang. - Nadal miałbyś Mammalię. To po prostu nie byłoby pytanie, czy Mammalia to zakon, czy to gromada, czy to coś innego? Powiedział Baum. „Nadal możesz uczyć ucznia, że ​​są to duże grupy, które musisz zrozumieć, bez sugerowania, że ​​są one porównywalne - wiesz, ta rodzina i ta rodzina mają coś wspólnego jako rodziny. Ponieważ tak nie jest”.

Związane z: Astronauci spędzili 6 nocy w czarnej jak smoła jaskini i wyłonili się z zupełnie nowym gatunkiem skorupiaków

Jeden duży krok w kierunku takiej reformy taksonomicznej nastąpił niedawno, wraz z najnowszą wersją publikacji PhyloCode w 2019 roku. Projekt ten ma na celu „przeprojektowanie systemu nazewnictwa, aby można było określić poprawną nazwę taksonu [grupy organizmów pokrewnych] niezależnie od rangi, - powiedział Baum. W tym systemie „Mammalia” może być zdefiniowana nie jako klasa, ale jako wszystkie te organizmy, które mają wspólnego przodka z ludźmi i dziobakami, jak powiedział Baum. Nazwa Mammalia nadal odnosiłaby się do grupy mającej wspólnego przodka, ale nie byłoby takiej rangi jak „klasa”, która błędnie sugerowałaby, że grupa była podobna pod względem wielkości lub różnorodności do innych klas.

Zbudowanie tego alternatywnego systemu będzie jednak wymagało ogromnej bazy danych definicji filogenetycznych - definicji grup, które są ze sobą ściśle powiązane. To ogromny, trwający projekt, powiedział Baum. PhyloCode pozostaje kontrowersyjne wśród biologów i taksonomistów, a wysiłki będą kontynuowane wraz z tradycyjnymi klasyfikacjami, definicjami i nazewniczymi bitwami, które zajmowały taksonomów od wieków. Tak więc przynajmniej na razie naukowcy wciąż zwracają się do tradycyjnej formy taksonomii, aby przypisywać nowo odkrytym gatunkom ich nazwy i miejsca na drzewie życia.

Dodatkowe zasoby:

• Znajdź informacje taksonomiczne o organizmach północnoamerykańskich w zintegrowanym systemie informacji taksonomicznej rządu USA.
• Przeczytaj o taksonomicznych „wandalach” w Smithsonian Magazine.
• Dowiedz się więcej o projekcie PhyloCode od International Society for Phylogenetic Nomenclature.