什么是分类学？

你应该叫那只鸟什么名字?

你叫它“恐龙”是不会错的,分类学家说。

如果你在草坪上看到一只长着羽毛的两脚动物,你会怎么告诉别人你看到的?知更鸟?黑鸟?亦或恐龙?

从分类学家的角度来看,恐龙是不会出错的。分类学是一门为所有已知生物指定正式学名的学科,所有的鸟类都是恐龙(现代鸟类可以追溯到兽脚类动物的起源,兽脚类是恐龙家族树上主要以肉食为生的分支)。“知更鸟”和“黑鹂”是常见的名字,在不同的地方可能意味着不同的东西,而“恐龙”一词则是一个明确的科学名称——它包括鸟类,它们是古代巨人的后裔。

威斯康星大学麦迪逊分校研究进化和系统学的植物学家David Baum说,从根本上说,分类学是一门命名、定义和分类“生物学上、进化上截然不同的有机体群”的科学。斯坦福大学生物学家Paul Ehrlich在斯坦福鸟类网站上的一篇文章中说得更简单:“分类学……是对生物进行分类的科学。”

分类学学科分析生物应如何被分为不同的分类群(例如,这些特定的鸟类组成了一个不同于那个分类群的物种);确定这些分类群的名称(这种鸟种是美洲金翅雀,另一种是有冠企鹅);并列出了小群体如何把不同的物种组合成一个更大的物种,例如不同的物种如何被归为一个属。

这种体系从物种到属,然后一直延伸到科、目、纲、门、界和域。

因此,家猫属于猫科动物并与其他猫科动物,如老虎和山猫同科,而猫科动物又属于食肉目与其他食肉动物,如熊和海象同目。这种目归属哺乳动物纲,其中也包括斑马、鲸鱼和人类。

分类学还决定了由属和种两部分的二项式名称,科学家用来正式指定一种特定的有机体(对我们来说是智人,梭菌是我们不受欢迎的细菌客人之一)。Baum在接受《生活科学》杂志采访时说:“这些明确的名称使分类学对科学家至关重要。”我们需要有明确的沟通。所以,如果我说的是一个特定的进化群体,而另一个人也是,我们知道我们谈论的是同一件事这就是我们需要分类学的根本原因。

分类学与进化

这种有用性的内在原因是分类学根据生物之间的关系对它们进行分组。在现代分类学中,这意味着描述进化的联系。在进化史的某个阶段,一个分类学群体必须总是指从同一祖先进化而来的一组有机体。同一属的物种都有共同的祖先。同一科中的每一个属也是如此。Baum说,分类学与进化论是如此紧密地交织在一起,以至于很难描述研究人员何时“做分类学”和什么时候“做进化生物学”。

传统上,分类学家从事分类学研究的方法是检查一个有机体或一组有机体的各种特征,将它们与已知的例子进行比较,然后,如果有必要,重新分配名称或分配新的名称。正如联合国环境规划署的《生物多样性公约》中所描述的那样,分类学专家可能会采集一组标本并分离出可能不同的物种。

研究人员随后检查这些群体是否已经有了名字,有时通过阅读几百年前的标本描述,或者与博物馆和标本馆的样本进行比较。他们会观察外部和内部特征,甚至可能分析DNA。如果这些比较显示不匹配,分类学家会根据复杂的分类学命名规则描述并指定一个新的物种名称。然后,将研究结果公布。

这项工作可能涉及到一些进化发现,而不仅仅是命名。Baum说:“实际上,分类学家们正在进行进化生物学研究。”他们正在重建进化史。因此,他们一直在发现有机体之间新的进化关系。”

该领域与进化理论的相互依赖性也意味着分类学必须对进化发现做出反应。因此,分组和名称可能会发生变化,有时会发生巨大变化。例如,爬行动物最初包括蜥蜴、蛇、海龟和鳄鱼。鸟类被认为是与众不同的。然而,随着时间的推移,科学家发现鳄鱼与鸟类的关系比它们与其他爬行动物的亲缘关系更为密切。

Baum说,这一现象最初是通过形态学研究发现的,但后来通过分子分析得到了很好的证实。这让分类学专家在“爬行动物”这一类群应该指什么的问题上左右为难,因为现在人们发现它的一个核心成员与一个外来者的关系更为密切。

分类学家本可以保留“爬行动物”一词来指代非爬行动物的成员(蛇、蜥蜴和海龟),因为鳄鱼与鸟类的关系更为密切。然而,科学家们将爬行动物扩展到鸟类。最终,科学家们接受了这样一种说法:兽脚类恐龙与鸟类的关系比其他爬行动物更为密切。(这方面的证据是多年来形成的,从19世纪60年代的鸟形始祖鸟开始,到20世纪90年代发现了许多有羽毛的恐龙)

同样,分类学家可以把“恐龙”一词限制在与那些鸟类没有进化关系的恐龙身上。但是,研究人员选择保留所有以前被确认的恐龙的分类,即恐龙,同时承认鸟类是恐龙分支的后代。

Baum说:“通过对进化发现的回应,分类学不仅仅是改变命名法:它帮助科学家避免错误。”“如果鸟类在分类学上与鳄鱼分开,生物学家会倾向于假设鳄鱼的解剖学和生理学与蜥蜴相似,而不是去观察鸟类,”他说如果分类学不能恰当地反应进化史,而人们认为它确实反应了进化史,那么他们就容易在推理中犯错误。他们容易得出错误的结论。”

谁发明了分类学?

然而,进化并不总是在分类学中扮演这个角色。今天的等级制度起源于18世纪瑞典植物学家Charles Linnaeus。Linnaeus并不赞同达尔文的理论,部分原因是达尔文的理论尚未被发明。因此,现代分类学自身进化史上的第一个巨大里程碑是随着进化理论的融合而来的。 Baum说,“自从达尔文以来,人们就有了在分类学系统中反应进化史的意图。”

然而,究竟如何做到这一点,直到20世纪中期才开始清晰。德国科学家Willi Hennig表示,“如果你想反应进化史,那么你应该只给……这些来自同一祖先的群体起名字。”

今天,这些“单系群”,或者说来自同一个祖先的群体,支配着分类学家如何划分种类群,它们是从共同祖先的生命树上分支出来的。这就是为什么一个家族中的每个属都必须有一个共同的祖先。” Baum说:“就像在一棵普通的树上一样,想象一下抓住一根树枝说:‘好吧,这棵树上所有的东西,我们都要给它取个名字。’。那是一个单系群。

分类学自身进化中的其他重大事件也加强了达尔文和Hennig的见解。Baum说,DNA分析的出现帮助科学家更精确地测量生物之间的联系,计算能力的飞跃也加速了这些基因的发现。

经典分类学的问题

在这个光彩夺目的现代计算时代,分类学保留了它几个世纪以来溯源的痕迹,一些科学家,包括Baum,把它称为包袱。

首先,这个二项式的名字是从Linnaeus之前的达尔文思想发展而来的。对于Linnaeus,Baum说,“属是上帝创造的,在创造之后,发生了一些重组,碰巧产生了不同种类的属。所以genera就是种类,拉丁语中‘genus’的意思是‘kind’,而‘species’就是变种,是对它的修改。” Baum说:“因此,赋予我们智人和霸王龙的命名系统反应了神创论的观点。”

对于Baum和其他人来说,分类学的“包袱”给整个分类系统带来了负担。这些科学家认为,分类学中的重要信息是,所描绘的类群具有共同的祖先,而不是它们是否属于属、门、科或目。Baum说,这样的排名表明,不同分类群之间的等价性并不符合实际情况。

例如,尽管两个门都是门,但一个门的多样性范围和进化分歧的时间轴可能与另一个大不相同,Christie Wilcox在《量子论》中写道:“等级并不意味着任何特定或统一的生活群体。

伦敦自然历史博物馆系统遗传学家Ronald Jenner说:“一类蜗牛与一类鱼类相比,是没有意义的。”

另一种系统可能只需根据它们的单系类群(共有祖先的嵌套类群)对生物进行分类,而不必指定等级名称。“你不必纠结哺乳动物是一个目,是一个门,还是其他什么?” Baum说。你可以教一个学生这些是你需要了解的大群体,而不是暗示他们有某种可比性。

最近,随着最新版本的PhyloCode于2019年发布,这种分类法改革的一大步即将到来。Baum说,这个项目的目标是“重新设计命名系统,这样你就可以独立于等级来决定一个分类单元(相关生物群)的正确名称。”。Baum说,在这个体系下,“哺乳动物”可能不被定义为一个类,而是所有与人类和鸭嘴兽有着最新共同祖先的有机体。哺乳动物这个名字仍然是指有着共同祖先的群体,但是没有像“阶级”这样的等级错误地暗示着这个群体在规模或多样性上与其他类群相似。

然而,要建立这个替代系统,需要一个庞大的系统数据库——对密切相关群体的定义。Baum说:“这是一个庞大的、正在进行的项目。在生物学家和分类学家之间,系统代码仍然存在争议,这项工作将与传统的分类、定义和命名斗争一起继续,这些传统分类、定义和命名之争已经占据了分类学家几个世纪之久。因此,至少现在,科学家们仍然使用传统的分类学形式来给新发现的物种分配它们的名字和它们在生命树上的位置。  (中国科协杨宝龙根据LiveScience相关资料整理)