Podstawy systematyki

biologicznej

dr hab. Karolina Bącela-Spychalska ([email protected])

dr hab. Michał Grabowski, prof. UŁ

• Różnorodność życia na Ziemi

• Czym jest taksonomia

• Historia myśli taksonomicznej

• Metodologia taksonomii

Strumień dziedziczności tworzy filogenezę

właściwie, on sam jest filogenezą

George Simpson

Nic w biologii nie ma sensu

jeśli nie jest widziane w świetle teorii ewolucji

Theodosius Dobzhansky

Edward O. Wilson

Różnorodność życia Warszawa 1999

Różnorodność Biologiczna Ziemi opisana

• 1,5 miliona opisanych gatunków istot

żywych

• 4,5 tysięcy gatunków ssaków

• 5 tysięcy „gatunków” bakterii

• 25 tysięcy gatunków ryb

• 250 tysięcy gatunków roślin kwiatowych

• 750 tysięcy gatunków owadów

• 10 mln. gatunków owadów (Sabrosky 1952)

• 30 mln. gatunków stawonogów w lesie równikowym

(Erwin 1952)

163 gatunków

50 tys. gatunków

drzew 8 tys gatunków

Coleoptera

Ile gatunków bakterii ???

zaledwie 5000 znanych nauce

1 gatunek wielokomórkowca

1 gatunek

wyspecjalizowanej bakterii

XX wiek

• 15% gatunków waleni

• lemur z Madagaskaru - 1988

• koczkodan z Afryki środkowej - 1988

• jelonek mundżak w Chinach - 1988

• czarnolica marmozeta lwia w Brazylii - 1990

XX wiek

Afrykański słoń leśny (Loxodonta cyclotis)

Afryka równikowa, (1900) 2010

Lemur (Cheirogaleus lavasoensis)

Madagaskar, 2013

Tapirus kabomani

Brazylia, 2013

Wielka Encyklopedia Życia

1 strona A4 = 1 gatunek

= 1000 stron

= 6000 metrów bieżących

CAŁKOWITA LICZBA

GATUNKÓW

10 000 000

czy

100 000 000

POZOSTAJE NIEZNANA

Czym jest taksonomia ???

Klasyfikacja taksonów

Grupa realnie istniejących organizmów

uważanych za jednostkę danego dowolnego

szczebla klasyfikacji hierarchicznej

(Simpson 1961)

gatunek = takson

Ciconia nigra = takson

Takson (gr. taksis)

Fenon – zespół osobników jednorodnych

fenotypowo

Klasyfikacja

Dzielenie organizmów lub zespołów na

podstawie ich pokrewieństw

(Simpson 1961)

Metoda uogólniająca - indukcyjna

Taksonomia

(gr. taksis + nomos)

Teoria klasyfikacji (De’Candolle 1813)

Studium teoretycznych podstaw, zasad, reguł i

praw klasyfikacji (Simpson 1961)

Teoria i praktyka klasyfikacji (Mayr 1969)

Systematyka

(gr. systema)

Określenie systemów klasyfikujących

(Linneusz 1735)

Naukowe badanie różnorodności organizmów

oraz wszelkich związków między nimi

(Simpson 1961)

biologia ewolucyjna + ekologia + etologia

Taksonomia – nauka o prawach klasyfikacji

Systematyka – nauka o klasyfikacji

Taksonomia – teoria i praktyka klasyfikacji

Taksonomia = Systematyka

Taksonomia = biologia porównawcza

Porządkowanie (klasyfikacja) zmienności

Rozpatruje zmienność jako wynik ewolucji

Nowoczesne definicje systematyki

Poznanie różnorodności istot żywych i

wyjaśnienie przyczyn tej różnorodności, czyli

procesów które do niej doprowadziły

Mayr 1975

Nowoczesne definicje systematyki

Poszukiwanie i prezentacja wszystkich

zależności, które występują między istotami

żywymi

Hennig 1966

Nowoczesne definicje systematyki

Poznanie różnorodności organizmów, o ile ta

różnorodność jest związana z zależnościami

jakie istnieją pomiędzy populacjami,

gatunkami lub grupami wyższej rangi

(Wiley 1981)

Nowoczesne definicje systematyki

Naukowe poznanie organizmów w ich

różnorodności, ich ewolucji w przestrzeni i

czasie oraz klasyfikacja tłumacząca ich

wzajemne związki

Dubois, Goujet & Hideux 1984 Manifest założycielski

Francuskiego Towarzystwa Systematycznego

Systematyka to poznanie i opis różnorodności

istot żywych, poszukiwanie natury i przyczyn

zarówno różnic jak i podobieństw, ukazywanie

ich natury i przyczyn oraz ukazywanie

stosunków pokrewieństwa istniejących między

nimi i opracowanie klasyfikacji tłumaczącej te

stosunki pokrewieństwa

Matile, Tassy & Goujet 1993

Historia myśli taksonomicznej

Platon (437-347 p.n.e.)

Uczeń Sokrates

Nauczyciel Arystotelesa

Ateny

Platon (437-347 p.n.e.)

Twórca epistemologii

(teorii poznania), metodologii

oraz idealizmu

• wiedza rozumowa – niedoświadczalna, wrodzona

• wiedza zmysłowa – niepewna i złudna

Platon (437-347 p.n.e.)

Twórca epistemologii

(teorii poznania) oraz idealizmu

Poznanie - proces zmysłowo-psychiczny, intelektualny

i doświadczalny, właściwy człowiekowi, mający na celu:

1) zdobywanie wiedzy o świecie i o samym sobie.

2) określenie stosunku do innych bytów, zjawisk

i usytuowanie siebie wśród nich.

3) podjęcie działalności praktycznej i twórczej.

– pojęcie, jakie człowiek tworzy w stosunku do czegoś.

– w pojęciach zawarta jest wiedza pewna i bezwzględna.

– przedmiotem pojęć nie są rzeczy

– istnieje byt doskonały, niezależny, pierwowzór rzeczy,

poznawalny rozumowo, ale istniejący poza umysłem.

Platon (437-347 p.n.e.)

Twórca epistemologii

(teorii poznania) oraz idealizmu

IDEA

wyspa Lesbos

Arystoteles (384-322 p.n.e.)

Uczeń Platona

Nauczyciel Aleksandra Wielkiego

Arystoteles (384-322 p.n.e.)

Badania z zakresu morfologii

porównawczej, embriologii, etologii

i ekologii

Dzieła zoologiczne:

O chodzie zwierząt

O rozmnażaniu się zwierząt

O poruszaniu się zwierząt

O częściach zwierząt

O rodzeniu się zwierząt

Zoologia

Historia zwierząt

Historia animalizmu

Zwierzęta muszą być charakteryzowane przez

swój tryb życia, swoje czynności,

zwyczaje i części ciała

Terminy: Pterygota, Apterygota, Coleoptera, Diptera,

zimnokrwistość, ciepłokrwistość,

zwierzęta wyższe

i niższe

Pojęcia: logika, esencjalizm,

scala naturae

– wielki łańcuch bytu

Teofrast z Eresos

(370-287 p.n.e.)

Dzieła botaniczne:

De historia plantarum

De causis plantarum

Pierwszy ogród botaniczy

(Ateny)

św. Hildegarda z Bingen (1099-1179)

• mistyczka, przeorysza klasztoru w Rupertsbergu n. Renem

• opis ponad 300 gatunków roślin

• spis niemieckich nazw roślin

• filozof, lekarz, kompozytorka

św. Albert Wielki (1193-1280)

• pracował w Laningen n. Dunajem

• „ponowne odkrycie” botaniki

• pierwszy naukowy opis flory

europejskiej

• odrębność teologii i nauk

przyrodniczych

• „w badaniach jedynym

bezpiecznym przewodnikiem jest doświadczenie”

John Ray (1628-1705)

• filozof, teolog, naturalista

Catalogue of Cambridge Plants 1660

Synopsis Methodica Avium

et Piscium 1713

Methodus Plantarum Nova 1682

The Wisdom of God Manifested

in the Works of the Creation 1691

Three Physico-Theological

Discourses 1692

Methodus Plantarum Nova 1682

• pierwsza naukowa klasyfikacja roślin

• cechy morfologiczne: liście, kwiaty, nasiona, korzenie

• podział roślin kwiatowych na jednoliścienne i dwuliścienne

• inspiracja dla XIX wiecznych taksonomów (np. De’ Candolle)

• systemy naturalne oparte na „totalnej” morfologii

• spopularyzowany przez Antoine Laurent de Jussieu

Genera Plantarum 1789

Nie ma dla wolnego człowieka bardziej wartościowej

i satysfakcjonującej pracy, niż kontemplacja

cudownych wytworów natury

i wychwalanie nieskończonej mądrości i dobroci Boga

John Ray 1660

Linnaeus (1707-1778)

Twórca klasyfikacji istot żywych

Stworzenie jest chwałą Bożą

widzianą poprzez dzieła natury

jedynie przez człowieka

Niezmienność gatunków jest warunkiem

porządku natury

Systematyka

rozpoznanie Bożego planu stworzenia

• klasyfikacja sztuczna

• oparta wyłącznie o niektóre, nieliczne cechy

• rośliny – budowa organów rozrodczych

– Monoecia, Cryptogamia

• V poziomów taksonomicznych:

• gatunek – rodzaj – rząd – gromada – królestwo

Nowe gatunki (rodzaje) mogą powstawać samoistnie

na drodze hybrydyzacji lub aklimatyzacji

Natura = rzeźnia

Wojna wszystkich przeciw wszystkim

Nominalizm

Istnieją jedynie osobniki. Wszystkie kategorie są

sztucznymi tworami człowieka.

Empiryzm

Liczy się tylko poznanie zmysłowe.

Jakakolwiek klasyfikacja jest niepotrzebna.

J.B.M. Lamarck (1744-1829)

Filozofia zoologii 1809

• doskonalenie przez dziedziczenie cech nabytych

• samorództwo pierwotniaków

• rozdzielenie Crustacea, Annelida, Arachnida,

Insecta oraz Mollusca, Tunicata

i Cirripedia

G. Cuvier (1769-1832)

Historia naturalna zwierząt 1799

Anatomia porównawcza 1805

• Królestwo zwierząt – 4 klasy

• Vertebrata, Articulata, Mollusca, Radiata

• teoria katastroficznych wymierań

Erazm Darwin

(1731-1802) Zoonomia or the Laws of Organic Life 1796

Karol Darwin

1809-1882

Alfred Russel Wallace (1823-1913)

On the Tendency of Varieties

to Depart Indefinitely from the Original Type

1858

„Beagle” na brzegu rzeki Santa Cruz w Patagonii

1831-1836 – podróż na okręcie Beagle

• pierwsze obserwacje do teorii doboru naturalnego

- morskie skamieniałości w wysokich Andach

- rozmieszczenie gatunków na Wyspach Galapagos

1831-1836 – podróż na okręcie Beagle

• relacja „The Voyage of the Beagle” 1860

1862 – The various contrivances by which orchids are

fertilized by insects.

1867 – On the movements and habits of climbing

plants.

1875 – Insectivorous plants.

1876 – The effects of cross- and self-fertilization in the

vegetable kingdom.

Prace botaniczne Karola Darwina

1877 – The different forms of flowers on plants of the

same species.

1880 – The power of movement in plants.

1881 – The formation of vegetable mould, through

the action of worms, with observations on their

habits.

Prace botaniczne Karola Darwina

www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/

Wilhelm Hofmeister (1824-1877)

• z zawodu wydawca muzyczny

• odkrył przemianę pokoleń

u roślin - 1851

• botanik samouk

• profesor w Heidelbergu i Tybindze

Ernst Haeckel (1834-1919)

• drzewo filogenetyczne roślin – 1866

Matthias Schlieden (1804-1881)

• najpierw adwokat, później botanik

• twórca teorii komórkowej – 1839 (+ T. Schwannem)

• autor „Basic Scientific Botany” 1860

• namówił Carla Zeissa do

komercyjnej produkcji

mikroskopów

• uwzględnił teorię Darwina

Alfred L. Wegener (1880-1930)

• Appalachian Mts – Scotish Highlands

• warstwy St. Catarina – warstwy Karroo

• skamieniałości tropikalnych roślin na Spitsbergenie

• linie brzegowe Afryki i Ameryki Południowej

• identyczne skamieniałości lądowe po obu stronach

Atlantyku

Obserwacje geologiczne Wegenera

fot. Radek Jaskuła

Skamieniałe liście drzew ze Spitsbergenu

The Origin of Continents

and Oceans 1915

Teoria dryfu kontynentalnego

Współczesna metoda naukowa

czyli

Kubeł Reflektor

i

Metoda Indukcyjna

• uniwersalne prawa z pojedynczych obserwacji

=

• prawdziwość prawa sprawdza się ilością

potwierdzających obserwacji

• wiedza naukowa powiększa się przez

prostą akumulację obserwacji

Karl Popper

1902-1994

Twórca metody naukowej

Metoda

hipotetyczno – dedukcyjna

• obserwacja zawsze z punktu widzenia jakiejś teorii

• odważne przypuszczenie i poważna próba odrzucenia

(hipoteza) (falsyfikacja)

• gromadzenie wiedzy poprzez odrzucanie

fałszywych hipotez

=

Metoda naukowa

• Popper K.R. Logika odkrycia naukowego. PWN,

Warszawa 1977

• Popper K.R. Conjectures and refutations: the growth of

scientific knowledge. Routledge & Kegan Paul 1963

• Popper K. Wiedza obiektywna. Ewolucyjna teoria

epistemologiczna. PWN, Warszawa 1992

Każdy intelektualista ponosi bardzo specyficzną

odpowiedzialność. Posiada przywilej i stosowność

studiowania. Winien więc swym bliźnim przedstawić

wyniki swych studiów w najprostszej, najklarowniejszej

i najbardziej zwięzłej formie. Najgorsze, co intelektualiści

mogą zrobić to pozować na wielkich proroków i epatować

swoich bliźnich tajemniczymi filozofiami. Kto nie potrafi

mówić prosto i jasno, ten powinien milczeć i pracować nadal,

aż będzie mógł tak uczynić.

Karl Popper

Magee B.

Popper.

Prószyński i Ska.

Warszawa 1998