Тема 1: Вступ до курсу систематики рослин

І

Ботаніка – наука про рослини, складається з двох великих розділів: морфологія і анатомія рослин та систематика рослин, в якій виділяють систематику нижчих рослин та систематику вищих рослин.

До останнього часу термін систематика ототожнювали з терміном “таксономія”, тобто вченням про класифікацію організмів. Тепер обсяг систематики значно виріс, в зв’язку з розширенням її завдань, тому таксономія розглядається як одне з них. Сам термін “систематика” походить від грец. systematikоs – впорядкований. Сучасне визначення систематики (один з варіантів) – це наука про різноманітність організмів і взаємозв’язки їх один з одним.

Систематика рослин – класична біологічна наука, яка узагальнює дані суміжних ботанічних дисциплін і є, по суті, філософією ботаніки.

Вивчення систематики дає конкретні уявлені:

1. Про різноманітність рослинного світу. Сучасна флора Землі нараховує ≈ 500 тис. видів рослин. Це автотрофи (в основному), що внаслідок фотосинтезу з СО₂ та Н₂О утворюють органічні вуглецеві сполуки, концентруючи сонячну енергію 4,5 · 10¹¹ т. щороку

6СО₂ + 6 Н₂О →С₆Н₁₂О₆+6О₂↑

Рослини можуть жити набагато довше ніж тварини (деякі до 2- 6 тис років). Розміри їх від мікроскопічних до 120- 300 м. Рослини можуть мати різноманітне забарвлення, в залежності від наявності пігментів.

2. Про походження рослинного світу, еволюційний розвиток або філогенію (феле- плем’я, рід; геніус – походження).

3. Про поширення рослин на земній кулі та їх екологію тобто взаємозв’язки між собою та з умовами середовища.

4. Про роль і значення рослин в природі та житті людини.

Таким чином, за визначенням одного з видатних ботаніків, академіка Тахтаджяна „систематика є одночасно і фундамент, і вінець біології, її початок і кінець, її альфа і омега”.

Систематика рослин, як і кожна наука, характеризується 3 складовими, що знаходяться в тісному взаємозв’язку: предметом вивчення, завданнями вивчення і методами дослідження.

Предмет вивчення систематики рослинскладають опис, найменування, класифікація і побудова еволюційної системи рослинного світу н6ашої планети.

Завдання:

1. Інвентаризація (каталогізація) рослин, тобто складання детального каталога і опису всіх видів, які існують на земній кулі.

2. Створення сучасної філогенетичної системи рослин, яка повинна відображати споріднені зв’язки між таксонами різного рангу і еволюцію рослинного царства.

3. Дослідження процесу видоутворення.

ІІ

Усю історію систематики можна умовно поділити на ІVперіоди.І період– період утилітарної систематики, коли рослини класифікували за корисними для людей властивостями, залежно від їх практичного використання.

Вивчення рослинного світу людиною почалось з часів виникнення людства і продовжується нині. В давнину дослідниками рослин були в основному лікарі, які цікавились лікарськими та іншими господарсько – цінними видами рослин.

Перші наукові відомості про рослини подаються в працях великого вченого античного світу Аристотеля (384 – 322 р до н. е). Батьком ботаніки справедливо вважається учень Аристотеля – Теофраст (371-286 р. до н. е.). Він є засновником ботаніки як самостійної науки, вивчав будову і фізіологічні функції рослин, вплив грунтових і кліматичних умов на них, географічне поширення, намагався систематизувати рослини. З ботанічних творів Теофраста збереглися два “Природа і історія рослин” (10 т., збер 9) та “Про причини рослин”(в 8 т.). В першій праці – вчений розглядає питання загальної ботаніки – описує 500 рослин; в другій - фізіологічні питання і питання практичної ботаніки. Класифікація рослин Теофраста будувалась на їх життєвих призначеннях (утилітарна). Він ділить рослини на 4 групи: дерева, кущі, напівкущі, трави. Ця класифікація протрималась майже до ХІХ ст. Кожну групу він розбив на:

• листопадні та вічнозелені;

• однорічні та багаторічні;

• прісноводні та солоноводні;

• культурні та дикорослі;

• квітучі та неквітучі.

Теофраст вперше правильно виділив органи рослин (корінь, пагін, листок). Праці цього вченого – це перше в історії ботаніки об’єднання в єдину систему знань практиків c⁄г, медицини та робіт вчених.

Крупним ботаніком був також Пліній старший, який написав “Природну історію” в 37 т., де описав біля 1000 видів рослин.

В епоху середньовіччя наука розвивалась в країнах Сходу. Відомим лікарем, філософом, натуралістом був Авіценна (Ібн - Сіна) (980-1037 р. н. е.) В основі його праці “Канон” описані рослини, які були відомі ботанікам того часу.

В Європі, в епоху Середньовіччя нові прогресивні хвилі в науці відображались в працях Альберта Великого (1193-1280 р.). Більша частина його робіт про рослини (5 книг) являють собою загальну ботаніку. З фізіологічних питань розглянув: розмноження, живлення, причини зимового спокою рослин.

В епоху відродження біологічні науки починають бурхливо розвиватись. В цей період з’являються перші ботанічні сади в Салерно (1309р), Венеції (1333 р). В Росії перший ботанічний сад Ізмайлівський (1663), на території України перший сад лікарських рослин був заснований в 1721 р. в Лубнах.

На початку 16 ст. в Італії вченим Лукою було винайдено спосіб гербаризації рослин.

ІІ період в історії систематики рослинможна назвати періодом створення штучних морфологічних систем рослинного світу. Штучними називають системи побудовані не на сукупності спільних ознак, а на якійсь довільно взятій одній ознаці або групі ознак.

Так, вперше таку класифікацію створив італійський вчений Андреа Цезальпіні (1519-1603). Відома його праця життя рослин (16 книг). За основу класифікації він взяв будову плодів і насіння. Поділив рослини на два відділи: деревні рослини (дерева і кущі) і трав’янисті (напівкущі, трави).В межах цих двох відділів виділив 15 класів на основі вище вказаної ознаки.

Однак, в науці ще не було поняття “вид”. Вперше це поняття було дано англійцем Джоном Реєм (1623- 1705).

Роль реформатора ботаніки відіграв видатний шведський вчений Карл Лінней (1707-1778). Основна його праця “Система природи” 1735 р. Його система також була штучною, побудована на основі будови статевих органів. Рослини поділив на явношлюбні (23 кл.) та таємношлюбні (24 кл.). Лінней вперше ввів бінарну номенклатуру, латинські назви, описав 10000 видів.

Третій період в історії систематики- період створення природних або натуральних систем, тобто систем, в яких для об’єднання близьких між собою рослин в певні таксономічні одиниці (таксони) взято не одну довільну морфологічну ознаку, а сукупність ознак.

Такі системи створили французький ботанік Антуан –Лоран де Жюссьє (1748-1836), швейцарський ботанік Декандоль (1778- 1841).

Четвертий – період еволюційної або філогенетичної систематикитобто час розробки еволюційних або філогенетичних систем рослинного світу. Класифікація рослин на основі їх еволюції. Цей період започаткував Ч. Дарвін (1809-1882). Праця “Походження видів” (1859).

Першою філогенетичною системою була система німецького ботаніка Брауна, яку він створив в 1864 р.

Далі в 1887 р. філогенетична система німецького ботаніка Адольфа Енглера (1844-1930 р.).

Австрійський ботанік Ріхард Веттштейн опублікував вперше свою систему 1901 р.

В 1914 р. була опублікована оригінальна система рослинного світу видатного російського ботаніка-систематика і ботаніко-географа М. І. Кузнецова.

В 1954-1987р. вперше була опублікована система покритонасінних відомого ленінградського ботаніка А.Л.Тахтаджяна. Система Тахтаджяна хронологічно найновіша і найбільш розроблена, проте в ній теж є ряд дискусійних питань.

ІІІ

Як будь-яка наука систематика має свої методи дослідження:

1. Морфологічний (екзоморфний ) метод або порівняльно – морфологічний.Один із найстаріших в систематиці. Цей метод було широко використано як при створенні штучних і природних систем, так і багатьох еволюційних систем рослин.

2. Анатомічний (ендоморфний) метод.Вперше його застосував Декандоль, який у своїй системі поділив рослини на судинні і безсудинні. Варто виділити, що анатомічні структури менш мінливі в часі, ніж морфологічні.

3. Палеоботанічний (фітопалеонтологічний) метод.Застосовується палеоботаніками для дослідження флор минулих геологічних епох.

4. Ембріологічний (онтогенетичний) методзастосовується для дослідження розвитку мікро- і макроспор, зародкових мішків, ендосперму і в цілому для вивчення певних фаз онтогенезу рослин. За допомогою цього методу було з’ясовано багато складних питань філогенетичного розвитку зокрема вищих рослин.

5. Георафічний метод або морфолого-географічний.Цей метод групується на тій закономірності, що кожному виду, роду, родині рослин властива своя область поширення, свій географічний ареал.

6. Біохімічний метод.Вперше значення біохімії для систематики рослин визначив німецький вчений Рохледер в 1854 р. Висловив думку, що між систематичним положенням рослини та наявністю в ній хімічних елементів існує певний зв’язок. Наприклад: близькі види нерідко містять схожі хімічні речовини, в різних видах тютюну є алкалоїд нікотин, пасльону – соланін.

7. Експериментальний метод або метод експериментальної систематики.Встановлення спорідненості між окремими групами рослин за допомогою різних експериментів, наприклад: польового.

До найновіших методів систематики відносять математичний, прогнозування, моделювання, застосування комп’ютеризованих, інформаційно – пошукових систем, метод вивчення природної радіоактивності рослин.

ІV

Систематика виробила свою систему понять і символів, яка служить для класифікації організмів. Це система ієрархічних одиниць. Для їх позначення на Міжнародному ботанічному конгресі 1950 р. був прийнятий термін „таксон”. Класифікація повинна бути досить зручною, а еволюційна систематика повинна відтворювати відношення об’єктивно існуючі в природі і бути досить практичною.

Кожна рослина повинна бути визначена до виду, але це не завжди просто і легко зробити.

Вид (species)- сукупність поколінь, що походять від спільного предка. АбоВид- це сукупність організмів із спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд.

Поліморфні види поділяють на підвиди, різновиди або варіації, та форми. Вид має свою цінність і відноситься до певного роду (genus) – це збірна таксономічна одиниця видів, тісно пов’язаних між собою.