Систематика на растенията и животните — урок по биология

1. Защо подреждаме живите организми

На Земята живеят милиони видове. За да говорим за тях, трябват ни две неща: еднозначни имена и ред, в който сходните организми са заедно. С това се занимава систематиката. Нейният дял, който дава имената и правилата за групите, се нарича таксономия.

О

Систематика и таксон

Систематиката описва многообразието на организмите и ги подрежда в групи, вложени една в друга. Всяка такава група – видът сив вълк, семейство Кучеви, клас Бозайници – е таксон.

Още Аристотел дели животните на „с кръв“ и „без кръв“. Линей подрежда растенията в 24 класа според броя на и плодниците в цвета. Системата е удобна, но изкуствена: тя събира заедно растения, които не си приличат по нищо друго. След Дарвин целта е друга – естествената система трябва да отразява родството, т.е. общия произход. Как се възстановява родството, разглеждаме в урока Видообразуване и филогения.

2. Научното име: биномна номенклатура

О

Биномна номенклатура

Всеки вид има научно име от две латински думи: името на рода (с главна буква) и видов епитет (с малка буква). Името се пише в курсив, например

\textit{Homo sapiens}

или

\textit{Canis lupus}

. Едно и също име не може да означава два вида животни или два вида растения.

Народните имена се различават по места и езици: Taraxacum officinale у нас е глухарче или радика, на английски – dandelion, на немски – Löwenzahn. Научното име е едно за целия свят. Често то описва вида: Haberlea rhodopensis – родопски силивряк – е кръстено на ботаника Карл Хаберле и на Родопите, където расте. След името понякога стои авторът, който пръв е описал вида: Homo sapiens L. (L. е Линей).

Пример

Как ще разпознаем от имената кои от тези животни са най-близки: $\textit{Canis lupus}$ (сив вълк), $\textit{Canis aureus}$ (чакал), $\textit{Vulpes vulpes}$ (лисица), $\textit{Ursus arctos}$ (кафява мечка)?

Първата дума е родът. Вълкът и чакалът са от един род – $\textit{Canis}$ .
Лисицата е от друг род ( $\textit{Vulpes}$ ), но от същото семейство Кучеви – това вече не се вижда от името.
Мечката е от друго семейство (Мечкови). Името показва само рода – за по-високите групи трябва класификацията.

3. Таксономичните категории

Сходните видове образуват род, сходните родове – семейство, и така нагоре. Всяко ниво е таксономична категория (ранг). При животните третото ниво се нарича тип, а при растенията – отдел.

О

Основните категории

домейн → царство → тип (отдел) → клас → разред → семейство → род → вид. Всяка категория включва една или няколко от следващата. Видът е основната единица – група организми, които се кръстосват помежду си и дават плодовито потомство.

категория	човек	сив вълк	шипка	летен дъб
домейн	Еукариоти	Еукариоти	Еукариоти	Еукариоти
царство	Животни	Животни	Растения	Растения
тип / отдел	Хордови	Хордови	Покритосеменни	Покритосеменни
клас	Бозайници	Бозайници	Двусемеделни	Двусемеделни
разред	Примати	Хищници	Розоцветни	Букоцветни
семейство	Хоминиди	Кучеви	Розови	Букови
род	$\textit{Homo}$	$\textit{Canis}$	$\textit{Rosa}$	$\textit{Quercus}$
вид	$\textit{Homo sapiens}$	$\textit{Canis lupus}$	$\textit{Rosa canina}$	$\textit{Quercus robur}$

Колкото по-ниско е общото ниво на два вида, толкова по-близки са те. Човекът и вълкът се разделят чак на ниво разред, шипката и дъбът – също. Понякога са нужни и междинни категории: подтип Гръбначни, подсемейство, подвид. Кучето например е подвид на вълка: Canis lupus familiaris.

Пример

Колко от осемте основни категории са общи за сивия вълк и лисицата?

Домейн, царство, тип, клас, разред (Хищници) и семейство (Кучеви) са общи – това са 6.
Родовете са различни: $\textit{Canis}$ и $\textit{Vulpes}$ , следователно и видовете.
Отговор: 6 общи категории.

4. Домейни и царства

Най-голямото деление на живото е на клетки без ядро () и с ядро (). През 1977 г. Карл Уоуз сравнява на много микроби и открива, че „“ всъщност са две групи, толкова различни една от друга, колкото всяка от тях – от нас. През 1990 г. той предлага три домейна: Бактерии, и Еукариоти.

О

Три домейна

Бактерии и Археи – прокариоти, различаващи се по химията на мембраната и стената и по апарата за синтез на белтък. Еукариоти – клетки с ядро и органели; към тях са царствата Животни, Растения и Гъби, както и много разнородните протисти.

Растения – многоклетъчни, с и целулозна ; .
Животни – многоклетъчни, без клетъчна стена; хранят се с готова храна, повечето се движат активно.
Гъби – със стена от хитин; поемат храната през повърхността си. са по-близки до животните, отколкото до растенията.

Бактериите, археите, и гъбите разглеждаме подробно в урока Вируси, бактерии, протисти и гъби. Тук продължаваме с двете най-големи царства – растенията и животните.

5. Определителни ключове

Как да разберем кой вид е растението или бръмбарът пред нас? Биолозите ползват определители. Най-разпространеният вид е двувходовият (дихотомен) ключ.

О

Двувходов ключ

Поредица от двойки взаимно изключващи се описания (тези). На всяка стъпка избираме описанието, което пасва на организма, и то ни праща към следващата двойка или към името на вида.

Т

Брой тези

Ключ, който разделя

n

вида до края, има точно

n - 1

двойки тези. С

k

поредни въпроса се различават най-много

2^k

вида, затова в най-добрия случай най-дългият път е

\lceil \log_2 n \rceil

въпроса.

Добрите тези ползват белези, които се виждат лесно и не се менят – брой крака, вид на крилете, форма на листа, а не цвят или размер, които зависят от възрастта и мястото. Опитай с ключа за осем безгръбначни животни.

🐝

Летящо насекомо с две двойки прозрачни крила, шест крака и жило.

Въпрос 1: Каква е симетрията на тялото?

Път в ключа: —

💡 Всеки въпрос има точно два отговора, които се изключват. Ключът за 8 животни има 7 въпроса; до калинката и пчелата се стига с 5, а до медузата – само с 2. Ключът подрежда животните по удобни видими белези – той не е задължително родословно дърво.

6. Растенията

Сухоземните растения произлизат от зелени . Излизането на сушата изисква защита от изсъхване, опора и пренос на вода нагоре, а после и размножаване без вода. Групите растения следват тези изобретения:

мъхове – (восъчен слой) по повърхността, но без проводящи тъкани; растат ниско и във влажни места;
папрати (и сродните им хвощове и плаунове) – проводящи тъкани, истински корени, стъбла и листа;
голосеменни – и ; семената са открито върху люспите на шишарките (бор, смърч, ела, хвойна);
покритосеменни (цветни растения) – цвят и плод; семената са скрити в плода.

О

Редуване на поколенията

В жизнения цикъл на растенията се редуват две многоклетъчни поколения. Хаплоидният гаметофит (

n

) образува гамети чрез митоза. От оплождането се получава диплоидна зигота, от която израства спорофитът (

2n

). Той образува спори чрез мейоза, а от спорите отново израстват гаметофити.

при растенията дава спори, а не – гаметите се образуват по-късно, с в гаметофита. При мъховете зеленото растенийце е гаметофитът, а при папратите и семенните растения преобладава спорофитът.

✓ кутикула и устица✗ проводящи тъкани✗ семе✗ цвят✗ плод✗ оплождане без вода

появяват се преди

≈ 470 млн. години

описани видове

≈ 20 000

Зеленото килимче е гаметофитът. Спорофитът (кутийка на дръжка) расте върху него и се храни от него. Без проводящи тъкани мъховете остават ниски, а сперматозоидите плуват до яйцеклетката в капка вода.

💡 С по-дебела рамка е фазата, която преобладава – тази, която виждаш в природата. От водораслите към покритосеменните спорофитът расте, а гаметофитът се смалява до няколко клетки. Възрастите и броят на видовете са приблизителни.

Едносемеделни и двусемеделни

Покритосеменните са около 300 000 вида – повече от всички други растения заедно. Традиционно ги делят на два класа по броя на (първите листа на зародиша):

белег	едносемеделни	двусемеделни
семедели в семето	1	2
жилкуване на листата	успоредно или дъговидно	мрежесто
части на цвета	по 3 или кратни на 3	по 4–5 или кратни на тях
проводящи снопчета в стъблото	пръснати	в кръг
коренова система	брадеста	обикновено с главен корен
примери	жито, царевица, лук, лале, палми	роза, дъб, боб, слънчоглед

Днес знаем, че едносемеделните са естествена група, а двусемеделните – не съвсем: няколко малки стари групи (водна роза, магнолия) са отделени от „истинските“ двусемеделни. В училищния курс двата класа остават удобно деление.

Пример

Цвете има 6 околоцветни листа, 6 тичинки и успоредно жилкувани листа. Към кой клас е?

Частите на цвета са кратни на 3, а жилкуването е успоредно.
И двата белега сочат едносемеделно растение – например лале или лилия.

7. Животните: план на тялото

Животните са многоклетъчни хетеротрофи. Типовете животни се различават преди всичко по общия план на тялото, който се залага още в зародиша.

Симетрия. Медузата има радиална симетрия – много равнини минават през оста ѝ. Повечето животни са двустранно симетрични: имат предна и задна, лява и дясна страна и само една равнина на симетрия. С двустранната симетрия идва и главата – натрупване на сетива и нервни клетки отпред.
Зародишни листове. Мешестите се развиват от два листа – ектодерма и ендодерма; всички останали (освен морските гъби, които нямат истински ) – от три, с мезодерма между тях. От мезодермата се развиват мускулите, скелетът и кръвоносната система.
Телесна кухина. Плоските червеи нямат кухина. При кръглите червеи между стената на тялото и червото има първична кухина. Целомът е вторична кухина, изцяло облицована с мезодерма – при прешленестите, мекотелите, членестоногите, бодлокожите и хордовите.
Първично- и вторичноустни. Първият отвор в зародиша (първичната уста) при едни животни става уста, а при други – анус, а устата се образува наново.

О

Целом, първичноустни и вторичноустни

Целомът е телесна кухина, облицована от всички страни с мезодерма. При първичноустните (червеи, мекотели, членестоноги) първичната уста на зародиша става уста. При вторичноустните (бодлокожи и хордови) тя става анус.

ектодермамезодермаендодерма

Зародишни листове:

Симетрия на възрастното:

Телесна кухина:

Първичната уста става:

Сегментирано тяло:

Членести крайници:

Хорда:

Морски гъби

Porifera

тоалетна гъба

Мешести

Cnidaria

хидра, медуза, корали

Плоски червеи

Platyhelminthes

планария, тения

Кръгли червеи

Nematoda

човешка аскарида

Прешленести червеи

Annelida

дъждовен червей, пиявица

Мекотели

Mollusca

охлюв, мида, октопод

Членестоноги

Arthropoda

насекоми, паяци, раци, стоножки

Бодлокожи

Echinodermata

морска звезда, морски таралеж

Хордови

Chordata

ланцетник, риби, човек

💡 Избери белези – вторият клик маха избора. Морските гъби нямат истински тъкани, затова при тях въпросите за кухината и устата нямат смисъл. Бодлокожите са радиални само като възрастни – ларвите им са двустранно симетрични. При членестоногите целомът е силно намален, а главната кухина в тялото е пълна с хемолимфа.

8. Основни типове безгръбначни

Безгръбначните са всички животни без гръбначен стълб – над 95% от видовете. Това е удобно име, но не естествена група: морската звезда е по-близка до нас, отколкото до охлюва.

тип	белези	примери
Морски гъби	без тъкани; тялото е пронизано от пори, през които минава вода	тоалетна гъба
Мешести	радиални, два зародишни листа, пипала с жилещи (копривни) клетки, червото има само един отвор	хидра, медуза, корали
Плоски червеи	сплеснато тяло без кухина; много са паразити	планария, тения, чернодробен метил
Кръгли червеи	цилиндрично несегментирано тяло, първична кухина, червото има уста и анус	човешка аскарида
Прешленести червеи	тяло от еднакви сегменти, целом, затворена кръвоносна система	дъждовен червей, медицинска пиявица
Мекотели	меко тяло, мускулест крак, мантия, която често отделя черупка	охлюви, миди, октоподи
Членестоноги	външен хитинов скелет, членести крайници, растат чрез линеене	насекоми, паяци, раци, стоножки
Бодлокожи	само морски; възрастните са петлъчеви, варовити пластинки в кожата, амбулакрални крачета	морска звезда, морски таралеж

Най-голям е тип Членестоноги: около 80% от описаните животни, от тях близо милион насекоми. Четирите му основни класа се познават по броя на краката и антените:

клас	части на тялото	ходилни крака	антени	примери
насекоми	глава, гърди, коремче	$3$ чифта	$1$ чифт	пчела, бръмбар, пеперуда
паякообразни	главогръд и коремче	$4$ чифта	няма	паяк, скорпион, кърлеж
ракообразни	главогръд и коремче	$5$ чифта при десетоногите	$2$ чифта	речен рак, скарида, мокрица
многоножки	глава и много еднакви сегменти	по $1$ или $2$ чифта на сегмент	$1$ чифт	стоножка, кивсяк

9. Хордови и гръбначни

О

Белези на хордовите

Поне в зародиша всички хордови имат: хорда – еластична ос по гърба; нервна тръба над нея; хрилни цепки в гълтача; опашка зад ануса. При ланцетника хордата остава цял живот, а при гръбначните (подтип Гръбначни) се заменя от гръбначен стълб.

Гръбначните са около 70 000 вида в пет традиционни класа. „Рибите“ всъщност са няколко класа – най-големите са хрущялните (акули, скатове) и костните риби.

клас	покритие	дишане	камери на сърцето	постоянна температура	размножаване
риби	люспи	хриле	$2$	не	хайвер във водата
земноводни	гола влажна кожа	ларвите – хриле; възрастните – бели дробове и кожа	$3$	не	яйца във водата, ларва (попова лъжичка)
влечуги	рогови люспи	бели дробове	$3$ (при крокодилите $4$ )	не	яйца с черупка на сушата
птици	пера	бели дробове с въздушни торбички	$4$	да	яйца с варовита черупка
бозайници	косми	бели дробове, диафрагма	$4$	да	повечето раждат живи малки и ги хранят с мляко

Влечугите, птиците и бозайниците са амниоти: зародишът им се развива в обвивка с течност (амнион). Тя им позволява да се размножават далеч от водата. Утконосът и ехидната са бозайници, които снасят яйца, а китовете и делфините са бозайници, които живеят във водата и дишат с бели дробове.

Пример

Животно има люспи, диша с бели дробове, снася яйца с кожеста черупка на сушата и има трикамерно сърце. Към кой клас е?

Бели дробове и яйца на сушата – амниот, не риба и не земноводно.
Люспи, а не пера или косми, и трикамерно сърце – влечуго (например гущер или костенурка).

10. Тренажор

Двувходови ключове, общи категории, в жизнения цикъл и броене на крака и спори.

✅ Решени: 0🔥 Серия: 0🏆 Рекорд: 0

n = 15

Колко двойки въпроси (тези) има двувходов ключ за 15 вида, ако всеки вид е в отделен край на ключа?

11. Многообразие в числа

0 / 5

🕷️ Терариумът

В терариум в училищния кабинет живеят паяци и бръмбари – общо 8 животни. Учениците преброяват 54 крака. Колко са паяците и колко бръмбарите?

🌿 Мъхът на генетиците

Мъхът Physcomitrium patens е любим модел на генетиците. В клетките на зеленото му листче има 27 хромозоми. Колко хромозоми има в клетка от кутийката и в една спора?

🌱 Прахът под листа на папратта

От долната страна на лист на папрат има 200 кафяви купчинки (соруси) с по 50 спорангия. Всеки спорангий съдържа 16 спорообразуващи клетки, които се делят мейотично. Колко спори дава листът?

🌳 Ключ за парка

Ученици съставят двувходов ключ за 12-те вида дървета в училищния парк. Колко тези ще има ключът? Най-малко колко въпроса трябват до най-„дълбокия“ вид, ако ключът е съставен възможно най-добре?

🐞 Всеки пети вид

Приемете, че са описани 2 000 000 вида, от тях 1 500 000 – животни, 1 000 000 – насекоми, а 400 000 – бръмбари. Какъв процент от животните са насекоми и какъв процент от всички видове са бръмбари?

Зелено – решена сам(а), жълто – с решението. Десетичните числа може да пишеш със запетая.

12. ⚠️ Чести грешки

Китът е риба

✗ Китът живее във водата и има перки, значи е риба.

✓ Китът диша с бели дробове, има постоянна температура и кърми малките си – бозайник е. Формата на тялото е сходна поради сходната среда.

Паякът е насекомо

✗ Всички дребни „гадинки“ са насекоми.

✓ Насекомите имат 3 чифта крака и антени. Паякът има 4 чифта крака и няма антени – паякообразно е. Стоножката и мокрицата също не са насекоми.

Изписване на името

✗ homo Sapiens, Homo Sapiens.

✓ Родът е с главна буква, видовият епитет – с малка, и двете в курсив: $\displaystyle \textit{Homo sapiens}$ .

Видовият епитет е името

✗ „sapiens“ е името на вида.

✓ Името на вида е от две думи. Само епитетът не е име – $\displaystyle \textit{lupus}$ има и в $\displaystyle \textit{Canis lupus}$ , и в други родове.

Гъбите са растения

✗ Гъбите не се движат, значи са растения.

✓ Гъбите нямат хлорофил, стената им е от хитин и се хранят с готова храна. Те са отделно царство, по-близко до животните.

Мейозата дава гамети

✗ При всички организми от мейозата се получават гамети.

✓ При растенията мейозата дава спори; гаметите се образуват с митоза в хаплоидния гаметофит.

13. 🎯 Бърз тест

1 / 9

✓ 0

Кое е правилно изписаното научно име на човека?

Избери отговор (или натисни 1–4)

14. 📝 Задачи за упражнение

0 / 0

Ниво А· Областен кръг

Ниво В· Национален кръг

Ниво С· Международна олимпиада

15. Обобщение

✓ Систематиката подрежда организмите във вложени групи (таксони); естествената система отразява родството
✓ Научното име е от две думи – род и видов епитет: Homo sapiens
✓ Категории: домейн → царство → тип (отдел) → клас → разред → семейство → род → вид
✓ Три домейна: Бактерии, Археи, Еукариоти; сред еукариотите – растения, животни, гъби и протисти
✓ Двувходов ключ за $n$ вида има $n - 1$ тези; най-краткият най-дълъг път е $\lceil \log_2 n \rceil$
✓ Растения: мъхове (гаметофит преобладава) → папрати (проводящи тъкани) → голосеменни (семе) → покритосеменни (цвят и плод)
✓ Животни: симетрия, зародишни листове, телесна кухина, първично- и вторичноустни; насекомите имат 3 чифта крака, паякообразните – 4
✓ Хордови: хорда, , цепки, опашка; пет класа гръбначни, амниотите се размножават на сушата

💡 Интересен факт

Всяко научно име е свързано с типов екземпляр – конкретен образец в музей, по който е описан видът. Линей не е посочил образец за човека. През 1959 г. ботаникът Уилям Стърн предлага за типов екземпляр на Homo sapiens да се смята… самият Линей, чиито останки са погребани в катедралата в Упсала. В България пък има стотици ендемити – видове, които не растат никъде другаде, като рилската иглика или пиринския мак. Родопският силивряк е още по-особен: може да изсъхне почти напълно и да оживее отново след дъжд.