Становление систематики растений – как науки

МБОУ СОШ № 5  г. Саяногорск РХ

Становление систематики растений – как науки.

Исследовательская работа.

                                 Работу выполнил:

                            Гончаров Игорь,   7 “б”  класс

                                                                            МБОУ СОШ № 5, г.Саяноорск РХ

                                                                            Руководитель: Стреколовская

                                                                             Нина Николаевна, учитель биологии

г. Саяногорск,

Введение.

В настоящее время описано более 350 тыс. растений и не менее 1,5 млн видов животных, около 100 тыс. видов грибов и более 3 тыс. прокариот, а также до 800 видов вирусов. Исходя из соотношения описанных и не определённых пока современных видов живых организмов, учёные делают предположение о том, что в современной фауне и флоре представлены около 4,5 млн видов организмов. А за всю историю Земли на ней обитало не меньше 1 млрд видов живых организмов. И для того , чтобы разобраться в огромном разнообразии видов и планомерно использовать богатства растительного мира для нужд человека – возникла необходимость в классификации растений (систематике). Становление науки систематики уходит своими корнями в глубь истории развития ботаники в связи с практикой использования растений.

 Поэтому цель моей работы:

Изучить становление науки систематики через развитие ботаники.

Задачи: Проследить

1. Историю развития науки ботаники.
2. Вклад учёных, сыгравших огромную роль в развитии наук ботаники, систематики.
3. Историческое развитие науки – систематики.
4. Общепринятая современная классификация растительного мира.

История развития ботаники.

История развития ботаники (как основы науки систематики) находится в глубокой древности. Зачатки науки о растениях возникли из практических потребностей человека в пище, одежде, крове, лекарственных средствах.

Первые письменные упоминания о растениях находят в древнейших надписях на египетских гробницах, относимых к третьему тысячелетию до нашей эры.

Зачатки ботанических знаний находят в трудах великого греческого философа Аристотеля, жившего в IV в. До н.э. Много ценных сведений о растения собрал ближайший ученик Аристотеля Феофраст (370-286 гг. до н. э.). Сохранились шесть книг его сочинения “Причины растений” и девять книг большого ботанического труда “Исследования о растениях”.

В эпоху средневековья, наступившую после падения Римской империи, естественные науки находились в состоянии застоя, шло главным образом накопление фактов. После этого длительного периода в ХVI в. начинается быстрый расцвет ботаники как науки. Этому расцвету способствовали великие географические открытия, которые дали доступ учёным к растительным богатствам тропических стран Азии и Америки. Быстро накапливаются гербарии – коллекции засушенных растений; увеличивается количество описаний вновь открытых и изученных растений; к концу ХVI в. число их достигает уже 6000; делаются первые попытки классификации растений (Чезальпино, 1519-1603).

Изобретение микроскопа позволило углубиться во внутреннее строение растений, и таким образом закладываются основы анатомии, основанной на микроскопическом изучении строения растений. В 1665 г. Роберт Гук (1635-1703) впервые установил ячеистое строение растительной ткани и дал этим ячейкам название “клетка”, которое сохранилось до наших дней, хотя и приобрело иное содержание. В 1675-1679 гг. была опубликована капитальная работа Мальпиги (1628-1694) под названием “Анатомия растений”, а в 1682 г. Под тем же названием вышла книга, написанная Грю (1614-1712). Эти два научных труда положили начало новой отрасли ботаники – анатомии растений.

Выдающуюся роль в развитии ботаники сыграл шведский натуралист Карл Линней (1707-1778). Он привёл в порядок накопившийся к тому времени огромный описательный ботанический материал, создал искусственную систему растений, сыгравшую в то время большую положительную роль. Линней ввёл систему двойных названий для растений и животных и по определённой схеме описал большинство известных в то время растений. В системе Линнея все известные в то время растения были распределены между 24 классами.

В ХVIII в. всё большее участие в развитии ботанической науки начинают принимать наши отечественные учёные. В начале этого столетия в Москве, а затем в Петербурге закладываются  первые в России ботанические сады. Научным центром в России в то время была Петербургская академия наук, основанная Петром I и открытая в 1725 г. Выдающуюся роль в развитии естественных наук сыграл первый русский академик М. В. Ломоносов (1711-1765).

В конце ХVIII  в. Закладываются основы физиологии растений. Постепенно раскрываются тайны зелёного растения. В 1771 г. Пристли устанавливает, что воздух, “испорченный” дыханием животных, может быть “исправлен” растением. Позднее Ингенгауз уточняет, что способностью исправлять воздух могут обладать только зелёные растения, поглащая при этом углекислый газ, и что процесс этот может идти только на свету.

Великий русский учёный К. А. Тимирязев свыше 40 лет своей жизни посвятил изучению фотосинтеза. Тимирязев исследовал зависимость фотосинтеза от интенсивности и качественного состава света, роль частей светового спектра в фотосинтетическом процессе; при этом он применил точные количественные методы исследования. Заслугой Тимирязева было так же и то, что он впервые исследование фотосинтеза перенёс в природную обстановку.

Огромную положительную роль в развитии ботаники  сыграли два великих открытия середины ХIХ столетия: клеточная теория и эволюционное учение Дарвина. Успехи в развитии учения о клетке в ХVIII-ХIХ вв. были тесно связаны с усовершенствованием микроскопа. Создателями клеточной теории наука по праву считает немецкого ботаника Шлейдена и зоолога Шванна. В трудах Шлейдена и Шванна, а затем и А. Вирхова клеточная теория превратилась в универсальное биологическое учение. Дальнейшее исследование клетки связано с именами выдающихся учёных – Флемминга, Бючли, Левитского, Данжара, Насонова.

Биологическая наука всегда была ареной острой идеологической борьбы материалистического и идеалистического взглядов на возникновение и развитие органического мира. До ХIХ в. в науке господствовал идеалистический взгляд на природу; признавали в той или иной форме “сотворение’ мира, постоянство и неизменность видов.

В начале ХIХ в. идея эволюции была последовательно развита французским натуралистом Ламарком. Однако часть создания эволюционной теории принадлежит великому английскому натуралисту Ч. Дарвину, именем которого эта теория и названа. Его книга “Происхождение видов путём естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь” открыла новую эру в развитии биологических наук и окончательно утвердила в умах прогрессивного человечества материалистическую идею развития органического мира. Учение Дарвина об эволюции, или дарвинизм, является

естественнонаучной основой всех биологических наук,  на основе этой теории разрабатываются научные системы растительного и животного  мира.

Большую роль в развитии биологии сыграли  циклы лекций К. А. Тимирязева, опубликованные в книгах “Жизнь растений” и “Исторический метод в биологии”.

К. А. Тимирязев создал большую школу учёных, работавших в области различных вопросов физиологии растений; среди них наиболее известны В. И. Палладин и Д. И. Прянишников – крупнейший учёный в области физиологии растений и агрохимии.

С. Г. Навашин сделал открытие величайшего биологического значения. Он установил, что процесс оплодотворения у покрытосеменных растений отличается от процесса оплодотворения у голосеменных растений.

Во второй половине ХIХ в. и в первой половине ХХ в. наши учёные-биологи изучают растительный покров нашей страны и сопредельных стран.

Выдающийся ботаник В.Л.Комаров много лет возглавлявший Академию наук, изучал флору Средней Азии, Дальнего Востока, п-вов Камчатки и Кореи. Изучению флоры  и растительности Средней Азии много лет отдали О. А. Федченко и Б. А. Федченко. Крупнейшими исследователями флоры и растительности Сибири были П. Н. Крылов и В. В. Сапожников, Кавказа – Н. И. Кузнецов и А. А. Гроссгейм. В итоге огромной работы, проделанной нашими ботаниками, в настоящее время имеется достаточно полное представление о флоре и растительности нашей страны.

В области изучения культурных растений и исследования закономерностей наследственной изменчивости большие заслуги имеет академик  Н. И. Вавилов, руководивший Всесоюзным научно-исследовательским институтом растениеводства. Им много сделано для теоретического обоснования работы по улучшению и созданию новых сортов культурных растений. Н. И. Вавиловым и его сотрудниками собраны богатые коллекции культурных растений всех стран мира, изучены вопросы происхождения и расселения культурных растений, установлены главнейшие очаги происхождения культурных растений. Коллекции семян растений, созданные Н. И. Вавиловым и его учениками и постоянно обновляемые, и в наше время служат незаменимым источником для создания новых сортов растений.

И.М.Мичурин практически доказал значение гибридизации для создания новых форм растений, разработал методы воспитания гибридных растений. Им были разработаны новые методы акклиматизации растений, выдвинута и широко реализована идея использования мирового богатства культурных и дикорастущих форм для создания новых полезных растений.

Систематика растений.

Потребность в классификации растений возникла в связи с практикой их использования. В наиболее древних описаниях растений уже прослеживается попытка сгруппировать их по характеру использования. Отец ботаники Феофраст описал около 500 видов растений, среди которых он выделил деревья, кустарники, кустарнички, травы. Феофраст обращал внимание на связь растений с окружающей средой: почвой, климатом, месторасположением и указывал на характер использования растений, подразделяя их на лекарственные, пищевые, медоносные, плодовые, овощные. Эта работа была продолжена в трудах римских писателей: Плиния Старшего, который описал уже до 1000 растений, Диоскорида, Варрона, Колумеллы.

Во время Средневековья большой вклад в развитие ботаники внёс последователь Аристотеля Альберт Великий. Он описал большое количество растений, подразделив их по морфологическим признакам на деревья, кустарники, полукустарники и травы; впервые отметил различия между однодольными и двудольными.

В эпоху Возрождения ботаническая наука обогатилась большим количеством описательного материала, были собраны богатые гербарии как в Европе, так и в заморских странах. Количество известных и описанных растений возросло до нескольких тысяч, появилась необходимость классифицировать этот богатый материал. В этот период итальянский врач и ботаник Чезальпино создал первую систему растений, основанную на строении семян и плодов. Из 16 классов его системы 15 классов включали цветковые растения и лишь один класс был отведён для всех остальных растений. Английский учёный Рей (1623-1705) разделил цветковые растения на однодольные и двудольные и в своей классификации использовал не только описания плодов и семян, но и форму цветка. Он дал определение вида у растений и сделал попытки применить бинарную номенклатуру. Несколько позже французский ботаник Турнефор (1656-1708) создал свою систему растений, основанную на изучении форм цветка, и ввёл понятие рода.

Системы Чезальпино, Рея и Турнефора были искусственными системами; в одну группу объединялись растения, не имеющие ничего общего, кроме сходства в каком-либо одном признаке. Такой же искусственной системой была система Линнея (1753), в основу которой также было положено строение цветка, число и размещение частей андроцея и гинецея. Однако линнеевская система была разработана более основательно. Учёный описал более 8000  видов растений и свыше 4000 видов животных, установил единообразную терминологию и порядок описания видов. Весь растительный мир был разделён Линнеем на 24 класса. В первые 23 класса вошли цветковые растения, названные Линнеем явнобрачными, все остальные растения, названные им тайнобрачными, вошли в один – 24 класс. Такое соотношение говорит о слабой изученности во времена Линнея нецветковых растений. Работы Линнея сыграли огромную положительную роль в развитии ботанической науки. Достаточно сказать, что

Линней наименовал и систематизировал около 10 000 видов растений, известных в то время. Все описания растений были приведены в стройную систему, в которой легко было разобраться. Он объединил сходные виды в роды, сходные роды – в отряды, а отряды – в классы. Таким образом, в основу своей классификации он положил принцип иерархичности таксонов. В системе Линнея  самым крупным таксоном был класс, самым мелким – вид, разновидность. Это был важный шаг на пути к установлению естественной системы. Линней закрепил использование в науке бинарной номенклатуры для обозначения видов. С тех пор каждый вид называется двумя словами: первое слово означает род и является общим для всех входящих в него видов, второе слово – собственно видовое название. Применение единой системы наименований на латинском языке устранило путаницу, связанную с разноязычными названиями, и позволило обобщить усилия учёных многих стран, направленные на изучение быстро растущего описательного и гербарного материала. Линней создал самую совершенную для того времени систему органического мира, включив в неё всех известных тогда животных и все известные растения. Будучи крупным учёным, он во многих случаях правильно объединил виды организмов по сходству строения. Однако произвольность в выборе признаков для классификации (у растений – строение тычинок и пестиков; у животных – строение клюва у птиц, строение зубов у млекопитающих) привела Линнея к ряду ошибок. Линней сознавал искусственность своей системы и указывал на необходимость разработки естественной системы природы. Он писал: ‘’Искусственная система служит только до тех пор, пока не найдена естественная”.

На смену искусственной системе Линнея в конце ХVIII – начале ХIХ в. пришли естественные системы растений. В этих системах растения объединялись по сходству многих признаков, а такое сходство бывает связано с общностью происхождения, следовательно, в систематические группы объединялись родственные между собой растения.

Первой такой системой была естественная система А. Жюссье (1748-1836). Руководствуясь сходством по ряду основных признаков, Жюссье разбил все растения на 100 внутриродственных групп, введя для этих групп понятие семейства. Семейства объединялись им в 15 классов, классы были распределены между шестью рядами: 1) бессемядольные, 2) односемядольные, 3) двусемядольные безлепестные, 4) двусемядольные однолепестные (спайнолепестные), 5) двусемядольные многолепестные и  6) раздельнополые. Как и в системе Линнея, все нецветковые растения, включая грибы и водоросли, объединялись в один ряд – бессемядольные. Всего в системе А. Жюссье значилось уже около 20 000 растений.

В начале ХIХ в. создал естественную систему швейцарский ботаник О. Декандоль (1778-1841). При построении системы он пользовался не только морфологическим, но и анатомическим методом. Это дало ему основание разделить весь растительный мир на

четыре группы: 1) явнобрачные, 2) тайнобрачные сосудистые, 3) тайнобрачные бессосудистые лиственные и 4) тайнобрачные бессосудистые безлиственные.

Систему Декандоля усовершенствовал Р. Браун (1786-1858); он выделил из группы сосудистых тайнобрачных голосемянные растения. Система Р. Брауна была опубликована в 1827 г. К этому времени число растений возросло уже до 75 тысяч.

В 1859 г. была опубликована книга Ч. Дарвина “Происхождение видов путём естественного отбора”, утвердившая в науке идею эволюции.

Теория Дарвина явилась теоретической основой для разработки филогенетической системы растений, которая отражает картину последовательного развития растительного мира и взаимное родство отдельных групп растений.

Большое значение имели для построения филогенетических систем работы Гофмейстера и Беляева в области онтогенеза растений. Изучая половой процесс у различных групп растений, они установили общность происхождения мохообразных, папоротников и голосемянных растений. Таким образом, была установлена непрерывная филогенетическая связь между водорослями, с одной стороны, и цветковыми растениями – с другой.

В ХIХ столетии почти в каждой стране с развитой ботанической наукой создаются филогенетические системы. Особое внимание уделяется разработке  филогенетических систем покрытосемянных – группы, наиболее богатой видами и представляющей огромный интерес в связи с всесторонним использованием цветковых растений в жизни людей.

Основной таксономической, или классификационной, единицей в филогенетической систематике является вид. Виды объединяются в роды, рода в семейства, семейства в порядки, далее идут классы и отделы. Это основные таксоны. Существуют и промежуточные, например подкласс, подрод, подсемейство и т. д. С другой стороны, основной таксон – вид – подразделяется на подвиды, разновидности, биоморфы.

Каждый вид имеет научное латинское название, составленное из двух слов, из которых первое, означающее род данного вида, пишется с прописной буквы, например Ranunculus repens L - лютик ползучий. Рядом с латинским названием растения в научной литературе всегда ставят начальные буквы фамилии, а иногда и имени ботаника, впервые  назвавшего или описавшего данное растение. Буква L, стоящая справа от видового названия растения, говорит о том, что это название дано Линнеем. Сходные виды, связанные между собой родственными отношениями, объединяются в роды (genus); роды, так же как и виды, реально существуют в природе. Следующей более крупной таксономической категорией является семейство (familia), которое включает один, несколько или много родов, имеющих общее происхождение. Семейство – важнейший

таксон, наряду с видовым широко употребляемый; латинские названия семейств в своём окончании имеют суффикс  -aceae, например Fabaceae. Семейство – самый низший из высших таксонов. Следующий более высокий по рангу таксон – порядок (ordo); в порядке может быть одно и несколько филогенетических тесно связанных семейств. Следующие ещё более обширные таксоны – класс (classis) и отдел (division). Отделы объединяют несколько классов; это наиболее крупные подразделения растительного мира. Самая крупная таксономическая единица растительного мира – царство растений (Vegetabilia, Plantae).

Общепринято весь растительный мир делить на низшие и высшие растения. В современной классификации в подцарстве низших растений насчитывают 14 отделов (типов), в подцарстве высших растений 8 отделов. Названия отделов оканчиваются суффиксом  -phyta.

1. Низшие растения (Thallobionta):

1. Бактерии  (Bacteriophyta).
2. Синезелёные водоросли, или Цианеи (Cyanophyta).
3. Пиррофитовые водоросли (Pyrrophyta).
4. Золотистые водоросли  (Chrysophyta).
5. Диатомовые водоросли  (Bfcillariophyta).
6. Бурые водоросли (Phaeophyta).
7. Красные водоросли (Rhodophyta)
8. Желтозелёные водоросли (Xanthophyta)
9. Эвгленовые водоросли (Euglenophyta)
10. Зелёные водоросли (Chlorophyta)
11. Харовые водоросли (Charophyta)
12. Слизевики (Myxophyta)
13. Грибы (Mycophyta)
14. Лишайники (Lichenophyta

2. Высшие растения (Embryobionta).

1. Раниевые, или Псилофиты (Kormobionta, Embryobionta)
2. Моховидные (Bryophyta)
3. Псилотовые (Psilotophyta)
4. Плауновидные (Lycopodiophyta)
5. Хвощевидные (Eqisetophyta)
6. Папоротниковидные (Polypodiophyta)
7. Голосеменные (Pinophyta)
8. Цветковые, или Покрытосеменные (Magnoliophyta)

Заключение.

Изучая становление науки – систематики через развитие ботаники и родственных ей наук, приходишь к выводу , что зачатки этой науки возникали из практических потребностей человека. В связи с огромным разнообразием видов возникла необходимость в классификации растительного мира. Используя данные других ботанических дисциплин, систематика объединяет в группы сходные растения, выявляет взаимную близость их в происхождении. Располагая эти группы в систему, систематика вырисовывает общую картину эволюции растительного мира от древнейших времён и до наших дней, от простейших и самых древних растений до наиболее высокоразвитых, возникших в наиболее близкие к нам периоды существования Земли. Систематика растений имеет большое практическое значение, так как без классификации растений было бы невозможно планомерно использовать богатства растительного мира для нужд человека. Для решения вопросов практического использования того или иного растения необходимо иметь точные данные о таксономической принадлежности растения.

Литература:

1. Вехова В.Н., Горностаева Г.Н.  “ Растения и животные “  – М.: Мир, !991.
2. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И.  “ Общая биология”   – М.: Дрофа, 2004.
3. Рувинский А.О.    “Общая биология “   - М.: Просвещение, 1993.
4. Тихомиров Ф.К.   “ Ботаника “   - М.: Высшая школа, 1998.
5. Транд Л.А.   “ Большая инциклопедия природы “  - Изд. Шантеклер, Бельгия, 1994.
6. Торин Стокли “Биология” (справочник)   изд. “Росмэн”  2004.