生物系统学原理与方法第1讲ppt课件

生物系统学原理与方法参考书目郑作新等译1965动物分类学的方法和原理。科学出版社，北京。郑乐怡1987动物分类原理与方法。高等教育出版社，北京。朱弘复1987动物分类学理论基础。上海科学技术出版社，上海赵铁桥1995系统生物学的概念和方法。科学出版社，北京。Mayr,E.&P.O.Ashlock.1991.PrinciplesofSystematicZoology.MacGraw-Hill,NewYork.Schuh,R.T.2000.BiologicalSystematics:PrinciplesandApplications.CornellUniversityPress,NewYork.Wiley,E.O.1981.Phylogenetics.Thetheoryandpracticeofphylogeneticsystematics.Wiley,NewYork.第一章生物系统学简介概述生物系统是自然界最复杂的系统。无论从分子到生物圈任何一个层次水平，都充满了悬念和难题。研究这样一个复杂系统，需要对纷繁多样的生物现象进行深层次的认知，而这样的认知首先基于对千姿百态的生物物种的有序研究，即对生物物种进行调查、鉴别、命名、归类、描述并探讨它们之间的相互关系和历史渊源。生物系统学就是专门从事这方面研究的学科。因此，生物系统学是生物学最基础的支撑学科之一，是人类认识自然、了解自然、合理开发和利用自然资源的基础和开端。人类对自然界的认识首先是对生物、自然现象等的认识，对自然的利用也是如此。因此，生物系统学研究是人类一切生产实践、理论研究的基础和支柱之一。第一章生物系统学简介一、生物系统学的定义生物系统学是关于生物物种多样性及物种之间相互关系的科学。它系统地研究生物、生物的层次系统，其研究结果是生物的分类系统，它是研究生物学其他问题的基础。它既古老又年轻，新的概念、观点和方法层出不穷。它任重而道远，其任务不是几代人就能完成。名词：系统学Systematics、生物系统学Biosystematics、分类学Taxonomy（重点是分类研究的过程）、分类（系统）Classification（分门别类的高级分类系统）。第一章生物系统学简介一、生物系统学的定义研究对象：物种，以及与物种相关的分类单元（属、科、目、…）研究内容：物种多样性和物种间的相互关系生物的多样性：研究、利用与保护2.物种多样性物种多样性(speciesdiversity)是指多种多样的生物类型及种类，强调物种的变异性，简单地说是指某一地区分化的物种的总和。物种多样性代表着物种演化的空间范围和对特定环境的生态适应性，是进化机制的最主要产物，所以物种被认为是最适合研究生物多样性的生命层次，也是相对研究最多的层次。从全球角度来看，已被描述的物种约有170万个，而实际存在的物种还要多，一般可能有1000万（1亿?）。主要类群已定名的种类已描记的种类估计尚待描记的种类有机体140－180万1000万－1亿病毒5,0005000,000细菌4,000400,000－3百万真菌70,0001.0－1.5百万原生动物40,000100,000－200,000藻类40,000200,000－10百万植物250,000300,000－500,000脊椎动物45,00050,000蛔虫15,000500,000－1.0百万软体动物70,000200,000甲壳动物40,000150,000蜘蛛、螨类75,000750,000－1.0百万昆虫950,0008－100百万3.生态系统多样性生态系统多样性(ecosystemdiversity)是指生态系统中生境类型、生物群落和生态过程的多样化。生态系统由包括动物、植物和微生物在内的生物群落及其生境(包括光、温度、水、空气、土壤等等)所组成，系统内各个组分间存在着复杂的相互关系和多样化。生态过程是指生态系统的组成、结构和功能随时间的变化，以及生态系统的生物组分之间及其与环境之间的相互作用，包括能量流动、水分循环、养分循环、生物之间的相互关系(如竞争、捕食、共生等)。与遗传多样性和物种多样性相比，定义和测定生态系统多样性是比较困难的。这是由于生态系统是动态的，而且生物群落和生态系统的界限常常难以确定所致。生物多样性的利用、保护、丧失生物多样性的丧失：全球生物多样性正在以超出自然灭绝率1000倍的速度丧失，物种、基因、资源、．．．丧失！特别是许多物种在未被描记、在未对其潜在作用及经济意义认识之前即已灭绝！因此生物多样性研究特别重要，已经引起广泛关注。与灭绝竞赛。第一章生物系统学简介（一）生物系统学的定义生物系统学（SystematicsorBiosystematics）源于拉丁化的希腊字systema，为著名的瑞典博物学家林奈CarolusLinnaeus最早使用。内容：种类鉴定与分类、系统发育关系、乃至生物地理。生物分类学（狭义）：Taxonomy内容：种类鉴定与分类“Systematicsisthescientificstudyofthekindsanddiversityoforganismsandofanyandallrelationshipsamongthem(Simpson1961)”.两个问题：生物种类的多样性、生物之间关系的多样性。是关于生物物种多样性及物种间相互关系的科学。分类思想、分类实践源远流长；起源于动物的认知（对自然界、周围事物的辨认）；许多动物具有分类的技能。生物系统学（分类学）作为一门正式的科学，诞生于1758年，以林奈的《自然系统SystemaNaturae》第十版的正式出版及双名法的产生为标志，是一门历史悠久（250年）的基础学科。第一章生物系统学简介(二)生物系统学的研究内容1.研究、区分和确定自然界中的各个物种，予以命名、描述，提供正确认识和辨别物种的知识和资料。鉴定Identification第一章生物系统学简介(二)生物系统学的研究内容2.探寻物种或物类之间的亲缘关系，追溯其进化过程。系统发育Phylogeny根据物种之间的系统发育（亲缘、血缘）关系，确定所属的分类阶元层次，制定各个物类的分类系统（Classification）。分类（classification）是对生物分类单元的一种类群中又有类群的组织方式。这种组织方式可以用多种方法表示。大多数分类采用林奈阶层系统的形式，并用林奈分类位阶（门、科、属等等）表示类群及亚类群（subgroup）的相对地位。分类也可以用树状图或者Venn图来表示。第一章生物系统学简介(二)生物系统学的研究内容3.探讨物种及物类在空间上的进化历史与过程生物地理学Biogeography开展生物系统学研究必须具备的基本条件1.生物标本：采集、标本馆（博物馆）；2.分类文献：收集（交换、复制）、图书馆、网络；3.仪器设备：显微镜、解剖镜、电子显微镜（扫描SEM、透射TEM…、计算机、…；分子学研究仪器（PCR仪、…)；4.分类学工作者（我们自己）：兴趣、分类知识、原理、方法。第一章生物系统学简介二、生物系统学的科学意义（一）生物系统学是研究物种多样性的科学生物多样性是一个涉及基因、物种和生态系统三个不同层次的涵盖非常广泛的概念。生物系统学仅在物种水平研究生物多样性，用一种更易掌握和表达的形式－－生物等级系统biotichierarchy表达与物种相关的生物多样性知识。生物系统学以物种和与物种相关的分类单元为对象，研究生物的形式、结构和功能多样性。因此，物种水平上的生物多样性研究，即生物系统学将为基因和生态水平上的生物多样性研究提供有序的研究基础。阶层分类第一章生物系统学简介二、生物系统学的科学意义反差：巨大的生物物种数量，缓慢的系统分类工作。人为活动的破坏，生物物种数量的锐减，生物系统学工作的滞后。任务：生物系统学研究的艰巨性和紧迫性第一章生物系统学简介二、生物系统学的科学意义（二）生物系统学是研究物种相互关系的科学•是生物学其他学科分支学科的基础•基本任务：生物物种分类；物种间的相互关系•物种之间的关系：历史关系与现行关系•现行关系：指生物物种之间性状分布的异同规律（性状分布格局）、现代空间分布格局、物种在行为、生态学方面的广泛联系，这方面包括广义的生物物种之间所有的生物学关系。第一章生物系统学简介二、生物系统学的科学意义•历史关系：物种在漫长的历史长河中进化而来的谱系（亲缘affinity、谱系genelogy?）关系，具有广义的系统发育phylogeny关系。生物系统学对物种建立的分类系统力图能反映物种之间的谱系关系，将这种关系以各种科学的方式表现出来。特征：形态的、行为的、生理的、…分子系统学的兴起：在对物种历史关系的研究中，分子生物学家与生物系统学家一道从不同的角度研究生物进化的奥秘，追寻物种发生发展的历史轨迹，试图重建物种的自然历史。第一章生物系统学简介二、生物系统学的科学意义（三）生物系统学是物种水平上探索生物系统复杂性的科学。生物系统是自然界最复杂的系统。•从普通的概念和认知上，生物系统复杂而难理解，绝大多数情况下无法用定量的方法进行研究。•从多样性的角度看，在基因、物种和生态系统不同的层次，多样性的形式、结构和功能甚为复杂。•在信息表达和信息交流的意义上，该系统仍然是复杂的。•生物系统具有久远而深奥的历史渊源、无穷无尽的形态变化、频繁多样的动态过程，研究这样貌似无序的复杂系统，需要生物系统学提供有关物种的有序的研究结果。否则，一切无存谈起。第一章生物系统学简介三、生物系统学的发展史主要以动物系统学的发展为主，来了解生物系统学的发展史。Mayr(1969)曾以分类工作的性质来划分动物分类学的发展历史，分为六个时期：1）地区性动物区系时期2）林奈时期3）经验主义时期4）达尔文时期5）种群分类时期6）近代分类学时期第一章生物系统学简介三、生物系统学的发展史•生物系统学的发展历史：•林奈前期•林奈时期•达尔文时期•新系统学时期（种群研究阶段）•现代生物系统学（进化系统学、数值分类学、支序系统学）第一章生物系统学简介三、生物系统学的发展史（一）林奈前期代表人物：公元前古希腊的亚里士多德Aristole(384-322B.C.)—生物分类学之父（在古希腊的勒斯波斯岛Lesbos居住多年，一直从事动物学研究，尤其是海洋生物。）不仅注重形态，而且注重胚胎、栖境及生态。主张动物的分类应当考虑所有属性，认为动物可能因生活方式、行为、栖境不同而具有不同的性状。他的研究涉及鸟、鱼、鲸及昆虫等多类动物；在昆虫分类方面，他将昆虫分为具颚类及吸吮类，有翅类和无翅类；建立的鞘翅目、双翅目等分类单元延用至今；同时他还建立了许多复合单元，如属；为此使用了一些区别性状。这些较他之前的许多分类学家，如古希腊的Hippocrates(460-377B.C.)和Democritus(465-370B.C.)有了巨大的进步。亚里士多德Aristole汇总了当时的知识，并把它们整理成一门学科的雏形。第一章生物系统学简介三、生物系统学的发展史问题：没有建立有序的分类系统。在此后的2000多年里，亚里士多德Aristole的思想和方法在动物分类学中占据主导地位；而且人类在这一阶段对动物及其自然历史的研究没有取得重大进展，对分类学的概念也贡献甚微，仅仅出现一些统一命名和分类原理的萌芽。到了16世纪中叶，随着一批学者,如WilliamTurner(1508-1568)、PierreBelon(1517-1564)和GuillaumeRondelet(1507-1566)的研究，动物的分类书籍大量涌现，动物分类知识得以发展。但是在此期间，植物学家远远走在动物学家前面。他们首先脱离Aristole的传统，对地区的植物进行描述和区分，并从概念和技术上不断有所提高。（二）林奈时期代表人物：瑞典博物学家林奈（CarolusLinnaeus,1707-1778）所有早期的作者中，对林奈最有影响的当为约翰雷（JohnRay，1627－1705），他认识到属与种之间的区别，并通过动物间的相似性和差异性的权衡，作成了比以前学者