Систематика. Царства живой природы

Систематика (таксономия) — раздел биологии, занимающийся описанием, классификацией и установлением родственных связей между организмами. Задачи: описание всего многообразия живых существ; группировка организмов в таксоны на основе сходства; построение системы, отражающей эволюционное родство (филогенетическая система). Основы систематики заложил Карл Линней (XVIII век): предложил бинарную номенклатуру — название каждого вида состоит из двух латинских слов (род + видовой эпитет). Пример: Homo sapiens — человек разумный. Система Линнея была искусственной (по внешнему сходству); современная систематика — филогенетическая (по эволюционному родству, подтверждённому ДНК-анализом).

Таксоны — группы организмов разного ранга в системе классификации. От крупного к мелкому: Империя → Надцарство → Царство → Тип (у животных) или Отдел (у растений и грибов) → Класс → Отряд (у животных) или Порядок (у растений) → Семейство → Род → Вид. Вид — основная единица систематики. Запомни мнемонически по первым буквам: «Мне Царь Тип Классно Отдал Семью Родного Вида» (Мир — Царство — Тип — Класс — Отряд — Семейство — Род — Вид). Пример для человека: Царство — Животные; Тип — Хордовые; Класс — Млекопитающие; Отряд — Приматы; Семейство — Гоминиды; Род — Homo; Вид — Homo sapiens.

Вид — совокупность особей, сходных по строению, физиологии и поведению, имеющих общее происхождение, способных скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал. Критерии вида: Морфологический — внешнее и внутреннее сходство. Физиологический — сходство жизненных процессов, в том числе скрещиваемость. Генетический — одинаковый кариотип (число и форма хромосом). Экологический — занимают одну экологическую нишу. Географический — живут на одном ареале. Биохимический — сходство белков и нуклеиновых кислот. Внимание! Ни один критерий не является абсолютным. Для надёжного определения вида используют несколько критериев в комплексе.

Вирусы — неклеточные формы жизни. Не являются ни прокариотами, ни эукариотами. Строение: нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) — хранит наследственную информацию; белковая оболочка — капсид; у некоторых вирусов — суперкапсидная оболочка из мембраны клетки-хозяина. Свойства вирусов: облигатные внутриклеточные паразиты — размножаются только внутри клеток хозяина; нет собственного обмена веществ; не растут; не имеют рибосом; используют рибосомы и ферменты хозяина. Значение: вирусы вызывают грипп, СПИД, гепатиты, полиомиелит, оспу, бешенство, COVID-19; применяются в генной инженерии как векторы.

ДНК-содержащие вирусы: хранят информацию в ДНК (как клеточные организмы); примеры: вирус оспы, герпеса, гепатита B, папилломавирус. РНК-содержащие вирусы: хранят информацию в РНК; примеры: вирус гриппа, вирус кори, ВИЧ (ретровирус), вирус бешенства, коронавирусы (COVID-19). Особая группа — ретровирусы: содержат РНК; для репликации синтезируют ДНК по матрице РНК с помощью обратной транскриптазы; ДНК встраивается в хромосому хозяина. ВИЧ — ретровирус, поражающий CD4+ Т-лимфоциты (хелперы иммунной системы).

Бактериофаги (фаги) — вирусы, паразитирующие на бактериях. Строение: головка (икосаэдрический капсид с ДНК), хвостовой отросток (трубка для впрыскивания ДНК), хвостовые нити (для прикрепления к поверхности бактерии). Лизогенный цикл: фаг встраивает свою ДНК в хромосому бактерии (профаг); бактерия делится, передавая профаг дочерним клеткам. Литический цикл: фаг использует клетку для репликации; клетка лизируется (разрушается) и высвобождает сотни новых фагов. Применение: фаготерапия — лечение бактериальных инфекций с помощью фагов; в генной инженерии — как векторы.

Традиционно выделяют пять царств: Бактерии (прокариоты) — одноклеточные, без ядра, кольцевая ДНК, клеточная стенка из муреина; роль в природе — редуценты, азотфиксаторы, хемосинтетики. Протисты — преимущественно одноклеточные эукариоты: амёбы, инфузории, водоросли, эвглены; очень разнообразны. Грибы — эукариоты, гетеротрофы, клеточная стенка из хитина, тело — мицелий. Растения — эукариоты, автотрофы (фотосинтез), клеточная стенка из целлюлозы. Животные — эукариоты, гетеротрофы, нет клеточной стенки. Внимание! Современная система жизни включает три домена: Бактерии, Археи (архебактерии) и Эукариоты.

Протисты — сборное царство преимущественно одноклеточных эукариот, не относящихся к растениям, животным или грибам. Очень разнообразны. Среди протистов: Простейшие (животноподобные): амёба (ложноножки), инфузория (реснички), жгутиконосцы (эвглена, трипаносома); питаются гетеротрофно. Водоросли (растениеподобные): одноклеточные — хлорелла, хламидомонада; многоклеточные — ламинария, фукус; содержат хлорофилл, автотрофы. Слизевики (грибоподобные): питаются гетеротрофно, есть фаза движущейся многоядерной массы (плазмодий). Значение: водоросли — основные продуценты в водных экосистемах; производят большую часть кислорода на Земле.

Прокариоты. Одноклеточные. Размеры — 0,1–10 мкм. Нет ядра — ДНК кольцевая, в нуклеоиде. Нет мембранных органоидов. Клеточная стенка из муреина. Могут иметь капсулу (слизистый чехол), жгутики (для движения), пили (для прикрепления). Питание: автотрофы (фотосинтезирующие — цианобактерии; хемосинтетики); гетеротрофы (сапрофиты — разлагают органику; паразиты). Дыхание: аэробные (нужен кислород); анаэробные (без кислорода); факультативные. Размножение: бинарное деление; некоторые — спорами (для переживания неблагоприятных условий). Значение: редуценты; азотфиксаторы; патогены (чума, туберкулёз, холера, дифтерия).

Лишайники — не самостоятельное царство, а симбиотический организм, состоящий из гриба (гетеротроф) и водоросли (автотроф) или цианобактерии. Гриб обеспечивает водоросль водой, минеральными солями и защитой от высыхания. Водоросль поставляет грибу органические вещества (продукты фотосинтеза). Лишайники — пионеры суши: первыми заселяют голые скалы, выделяя кислоты, разрушающие камень. Биоиндикаторы: очень чувствительны к загрязнению воздуха (особенно диоксидом серы); при загрязнении исчезают первыми — их отсутствие указывает на плохое качество воздуха. По форме: кустистые, листоватые, накипные.

Одноклеточные — тело состоит из единственной клетки, выполняющей все функции жизни: питание, движение, дыхание, выделение, размножение. Примеры: бактерии, амёбы, инфузории, хламидомонада. Многоклеточные — тело состоит из множества клеток, специализированных на выполнении определённых функций; клетки организованы в ткани и органы. Специализация клеток — преимущество: каждый тип клеток оптимизирован под свою функцию. Недостаток: специализированные клетки не могут самостоятельно жить вне организма. Переходные формы: колониальные организмы (вольвокс) — клетки соединены, но функционально не дифференцированы; граница между колонией и многоклеточным организмом условна.

Автотрофы — организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Фотоавтотрофы — используют энергию света: растения, водоросли, цианобактерии. Хемоавтотрофы — используют энергию химических реакций: нитрифицирующие, серобактерии, железобактерии. Автотрофы — продуценты в экосистемах. Гетеротрофы — питаются готовыми органическими веществами. Сапрофиты, или сапротрофы — питаются мёртвой органикой: грибы гниения, бактерии гниения. Паразиты — питаются за счёт живого хозяина. Хищники — поедают живые организмы. Гетеротрофы — консументы и редуценты в экосистемах. Внимание! Грибы — гетеротрофы, а не автотрофы. Это частая ошибка на ЕГЭ.

Внимание! Первая ошибка — относить вирусы к прокариотам или эукариотам. Вирусы — неклеточные формы жизни; им не место ни в одном из царств. Вторая ошибка — считать, что водоросли — это растения. Одноклеточные водоросли относятся к протистам; многоклеточные водоросли также формально не относятся к царству Растения по ряду молекулярных и биохимических признаков. Третья ошибка — думать, что грибы — это растения. Грибы — отдельное царство; они гетеротрофны и не проводят фотосинтез. Четвёртая ошибка — путать таксоны. Помни порядок: Тип → Класс → Отряд → Семейство → Род → Вид.