生物系統(tǒng)學(xué)概論

1、第一篇 生物系統(tǒng)學(xué)概論背景（Background） 生命的等級(jí)系統(tǒng)（hierachial systerm）,包括多個(gè)不同的組織的層次或水平：基因細(xì)胞組織器官物種種群群落生態(tài)系統(tǒng)景觀生物圈。 生物圈(biosphere)：為地球上全部的生命和一切適合于生物棲息的場(chǎng)所。它是地球上最大的、接近于自我維持的生態(tài)系統(tǒng)（self-sustaining ecosystem）. 生物圈的亞層次組織： 巖石圈（lithosphere）上層，棲息所有陸生生物。水圈（hydrosphere），到處都有生命，主要集中在表層和底層。大氣圈（atmosphere）下層，生命主要集中于與巖石圈交界的最下層。 生物的分界（o

2、rganismal kingdom）：地球上現(xiàn)生生物分為5界：原核生物界（monera）原生生物界（protista）真菌界 （fungi）植物界 （plantae）動(dòng)物界 （animalia）第一章 生命的特征 1.1 生命系統(tǒng)的基本特征：有機(jī)的生物界具有無(wú)限的多樣性及連續(xù)性，其間又有不同層次的一致性或統(tǒng)一性。生命的多樣性（diversity）、連續(xù)性（extensibility）及一致性（consistence）是生命系統(tǒng)（life system）的重要特征。1.2 多樣性（diversity）或生物多樣性（biodiversity） 定義：生物與其環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體（ecologica

3、l integrate），以及與其相關(guān)的生態(tài)學(xué)過(guò)程（ecological process）的總和；它包括動(dòng)物、植物、微生物及其基因，以及（它們）與其生物學(xué)環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）。主要生命層次的多樣性 基因多樣性（gene diversity）或遺傳多樣性（genetic diversity）生物體內(nèi)決定性狀的遺傳因子及其組合的多樣性。它決定物種及生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)層次的多樣性。物種多樣性（species diversity）特定空間物種的豐富度（species richness）及其變化；它包括特定空間生物區(qū)系的現(xiàn)狀（受威脅及特有性）、形成、演化、分布格局及其維持機(jī)制等。 同

4、義語(yǔ)：1. 生物多樣性物種水平的多樣性（diversity of species level in biodiversity）物種多樣性2. 物種水平的分類學(xué)多樣性（taxonomic diversity of species level） 異義語(yǔ)：群落及生態(tài)系統(tǒng)水平的生態(tài)學(xué)物種多樣性（species diversity of ecology on community and ecosystem）;特定生物群落或生態(tài)系統(tǒng)物種的豐富度及異質(zhì)性（heterogeneity）(相對(duì)密度)或均勻性（equitability）的度量。1.3 連續(xù)性（extensibility） 地球上各種生命有機(jī)體具有

5、自我復(fù)制、繁衍和再生的能力。亦即生命的形式從低級(jí)到高級(jí)、從原始類型到復(fù)雜類型，都有繁衍、再生的本能。1.4 一致性（consistency） 不同層次生命有機(jī)體，在結(jié)構(gòu)和功能上，具有不同程度的共同特征。1.5 多樣性與一致性的關(guān)系 對(duì)物種的描述和清列，可構(gòu)成生物學(xué)有關(guān)學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。而生物種類的多樣性，則是生命多樣性的特定組分及概括，對(duì)生物學(xué)的深入發(fā)展具有最根本的意義。第二章 系統(tǒng)論、生物系統(tǒng)學(xué)及分類學(xué)2.1 系統(tǒng)論及系統(tǒng)學(xué) 系統(tǒng)論（systematic theory）認(rèn)為：可以而且因該把研究的對(duì)象看作為系統(tǒng)來(lái)處理。 系統(tǒng)（system）是由作為整體組成的要素組成的。 系統(tǒng)論是一種科學(xué)的方法論

6、，作為一門科學(xué)，它是科學(xué)的科學(xué)，是科學(xué)學(xué)。 系統(tǒng)學(xué)（systematics）：廣義系統(tǒng)學(xué)是關(guān)于事物秩序（order）的研究，旨在將事物有序化（ordering）和合理化（rationality），即系統(tǒng)學(xué)是研究自然事物和自然過(guò)程之間關(guān)系的科學(xué)。2.2 生物系統(tǒng)及生物系統(tǒng)學(xué) 生物系統(tǒng)（biological system）：生物有機(jī)體種類即其屬性的多樣性，以及生物體間的全部關(guān)系。 生物系統(tǒng)學(xué)（biosystematics）或系統(tǒng)生物學(xué)（systematic biology） 定義：生物系統(tǒng)學(xué)是系統(tǒng)地分析和綜合研究生物及其生物層次系統(tǒng)，建立生物分類系統(tǒng)的系統(tǒng)科學(xué)。 目標(biāo)及作用： 目標(biāo)： 生物系統(tǒng)學(xué)的

7、最終目的是識(shí)別并用語(yǔ)言及圖解表達(dá)生命的次序，以及為生物學(xué)的其他研究提供總的參照系?？倕⒄障凳潜磉_(dá)事物和現(xiàn)象之間多種關(guān)系的系統(tǒng)；是以一種關(guān)系建立，又可解釋其他關(guān)系的系統(tǒng)。以及總參照系比最初建立時(shí)有更廣泛的應(yīng)用性。 作用：通過(guò)建立生命種系的發(fā)生歷史?？山沂旧锏墓餐鹪春陀行蛐?，從而對(duì)其他生物學(xué)科的發(fā)展提供信息和基礎(chǔ)。2.3 分類學(xué)（taxonomy）與分類(classification) 定義：分類學(xué)是分類生命有機(jī)體的理論和實(shí)踐；亦即分類學(xué)是分類理論和實(shí)踐的科學(xué)研究。 對(duì)象：分類學(xué)的研究對(duì)象是分類。 分類學(xué)的目的與作用：目的： 復(fù)原信息是項(xiàng)目分類的主要目的和獨(dú)特目的。把在確定一項(xiàng)分類之后把未鑒別

8、的對(duì)象分配或指定到正確的類別中，亦即鑒訂和檢索。把所觀察的個(gè)體放進(jìn)一個(gè)已有的分類階元之中。 提供作為信息學(xué)存儲(chǔ)和復(fù)原系統(tǒng)的索引。即由共同屬性最多的客體的類組成的分類，即是存貯信息的檢索。系統(tǒng)學(xué)與分類學(xué)及分類有以下關(guān)系: 系統(tǒng)生物學(xué)是狹義的生物系統(tǒng)學(xué),常常稱之為系統(tǒng)學(xué)、分類學(xué)或分類。 生物系統(tǒng)學(xué)是生物科學(xué)中最古老、最有基礎(chǔ)性和最有綜合性的分支學(xué)科，但它朝氣勃勃、任重而道遠(yuǎn)。 系統(tǒng)學(xué)是比較生物學(xué)的核心組分（比較生物學(xué)是關(guān)于生物多樣性的科學(xué)）；分類學(xué)是系統(tǒng)學(xué)的支柱和基礎(chǔ)。 分類是分類學(xué)的實(shí)踐部分，受系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)的理論指導(dǎo)，又能推動(dòng)系統(tǒng)學(xué)和分類學(xué)的發(fā)展。 分類是一種科學(xué)活動(dòng)，分類既指過(guò)程又指結(jié)果；分

9、類活動(dòng)的結(jié)果是一項(xiàng)分類，一個(gè)分類系統(tǒng)。 一個(gè)分類系統(tǒng)具有總結(jié)性、預(yù)示性、啟示性和可檢驗(yàn)性。 當(dāng)代系統(tǒng)學(xué)的主要分支有進(jìn)化系統(tǒng)學(xué)（evolutionary systematics），支序系統(tǒng)學(xué)（cladistic systematics）和表相分類學(xué)（phenetic taxonomy）三大學(xué)派。第三章 分類的階層制和科學(xué)依據(jù)3.1 分類的形式及階層制 分類的形式大致為階層制和非階層制。 階層制亦為等級(jí)制（hierachy），是用于分類系統(tǒng)的一個(gè)框架，由一系列處于不同層次或水平的類或集合組成。在分類的階層中，除最低層次的類之外，每類都包括一個(gè)或多個(gè)從屬的類。 階元（category）或類目：為分類

10、階層的秩級(jí)（rank）層次。階元是類而非個(gè)體。一個(gè)階元的成員是處在該層次上的全部類元。 階元系統(tǒng)：階元系統(tǒng)即等級(jí)系統(tǒng)，是有許多層次和等級(jí)組成順序排列的秩級(jí)。3.2 林奈（Linnaeus）階層制 對(duì)分類的形式，通常采用Linnaeus階層制; Linnaeus階層制包括7個(gè)基本階元，其階梯式排列如下：Kingdom 界 Phylum 門 Class 綱 Order 目 Family 科 Genus 屬 Species 種 為精確的表達(dá)物種的分類地位，對(duì)基礎(chǔ)階元加上前綴super-（總，超）及sub-（亞）和infra-（附）； 加綴super-的階元高于被綴的基本階元 加綴sub-和infra

11、，加綴階元依次低于被綴的基本階元，但高于下一基本階元及其加綴階元。3.3 分類學(xué)的系統(tǒng)原理 分類學(xué)的核心原理是研究物種的形成或系統(tǒng)發(fā)育，建立反映生物進(jìn)化過(guò)程的分類系統(tǒng)。 分類學(xué)的系統(tǒng)原理是：共同起源、分支發(fā)展及階段發(fā)展 共同起源(origin)：探索物種間的親緣關(guān)系，研究其共同的祖先和起源，且要求單源系統(tǒng)（monophyletic system），即單源系統(tǒng)原理。 分支(clade)發(fā)展：每一物種棲息于一定的環(huán)境中，在自然選擇的作用下，與其生境同步演化，使其宗譜分支，又適應(yīng)分化，此即分支發(fā)展。 分支是從少到多的發(fā)展過(guò)程，即最初的少數(shù)祖種，分支分化，由少到多形成一個(gè)自然類群。 階段（grade）

12、發(fā)展：物種的分支發(fā)展是橫的展開，階段發(fā)展是縱的上升。進(jìn)化的主要趨勢(shì)是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從低級(jí)到高級(jí)的階段發(fā)展的過(guò)程。 Whittaker (1969)以分支發(fā)展原理和階段發(fā)展原理提出了生物界級(jí)的分類系統(tǒng)。陳世驤的兩種界系統(tǒng)簡(jiǎn)圖小結(jié)：小結(jié)： 物種的形成及系統(tǒng)發(fā)育包括三個(gè)基本過(guò)程：A：從無(wú)到有（或從舊到新）的起源B：從少到多的分支發(fā)展C：從低級(jí)到高級(jí)的階段發(fā)展 一個(gè)新物類的起源，開始總是少數(shù)，接著是種類數(shù)量的增加（分支分化）；然后，隨著數(shù)量的增加，又出現(xiàn)更新的、更高級(jí)的類型（階段復(fù)化）；更新類型的出現(xiàn)又是一個(gè)新的起源，一個(gè)新的發(fā)展。 生物的系統(tǒng)發(fā)育是分支分化與階段復(fù)化的縱橫交錯(cuò)的過(guò)程。3.4 種上高級(jí)

13、分類階元的標(biāo)準(zhǔn) 目、綱及門是分類階層中最穩(wěn)定的階元。具有一種早就形成的結(jié)構(gòu)基型為其特征，因之，可根據(jù)結(jié)構(gòu)基型作為這些高級(jí)分類階元的標(biāo)準(zhǔn)。 科是包含一個(gè)屬或一群在系統(tǒng)發(fā)育上具有共同起源的屬；科與科之間具有一定的間斷或隔離。作為一個(gè)階元，科的分布范圍相當(dāng)廣泛，且適應(yīng)的生境類型也很廣泛，科級(jí)的主要依據(jù)是比較突出且有一定適應(yīng)性的生態(tài)特征。 屬：屬是 一個(gè)聚合的分類單元。它包括一個(gè)種或一群在系統(tǒng)發(fā)育上共同起源的種，并與其他相似階元之間存在確定的間斷。亦即屬是一群相似的和相關(guān)的種。對(duì)屬的鑒別主要以形態(tài)特征為主。狼及蜜蜂的分類地位 狼 蜜蜂 界 Kingdom 動(dòng)物界 Animalia 動(dòng)物界 Animal

14、iia 門 Phylum 脊索動(dòng)物門 Chordala 節(jié)肢動(dòng)物門 Arthropoda綱 Class 哺乳綱 Mammlia 昆蟲綱 Insects目 Order 食肉目 Carnivora 膜翅目 Hymenoptera科 Family 犬科 Canidae 蜜蜂科 Apidae屬 Genus 犬屬 Canis 蜜蜂屬 Apis種 Species 狼 lupus 意大利蜂 mallifera第四章 物種的概念及種下階元的標(biāo)準(zhǔn) 4.1 物種的概念 物種是生物基本的分類單元和進(jìn)化單元，是自然界中真實(shí)存在的單元，具有純粹的客觀性。 物種是什么是本體論（ontology）問(wèn)題，而如何識(shí)別物種則是一

15、個(gè)認(rèn)識(shí)論的問(wèn)題。 物種的本體一個(gè)物種的本體是個(gè)體，這個(gè)個(gè)體是由多數(shù)同類有機(jī)體組成的集合體（collective），其中，每一有機(jī)體都是物種的部分和成員，他們之間有獨(dú)特的發(fā)育發(fā)生關(guān)系；而集合體作為整體與別的集合體有種系發(fā)生層次的關(guān)系；集合體是一個(gè)歷史的實(shí)體，有相對(duì)穩(wěn)定而 獨(dú)特的性狀，是以別的集合體（物種）相區(qū)別，因之，可對(duì)集合體進(jìn)行識(shí)別和推斷。任何一個(gè)物種都是一個(gè)由眾多的一部分有機(jī)體組成的集合體。 物種的概念導(dǎo)語(yǔ)：由于物種的問(wèn)題的復(fù)雜性以及在生物學(xué)上的重要性。歷史上出現(xiàn)眾多的物種定義。Tremaue(1985)認(rèn)為，有多少博物學(xué)家就有多少物種的定義。物種定義的不同，引起物種概念內(nèi)涵的不同，爭(zhēng)論異

16、常激烈，曠日持久，今日依然。然而，每次爭(zhēng)論對(duì)加深了對(duì)物種概念的認(rèn)識(shí)。物種概念的 發(fā)展階段Linnaeus(1705-1778)的物種不變概念：18世紀(jì)中葉瑞典博物學(xué)家Linnaeus在其著作 funna succica (1976)提出，物種是由性態(tài)相似的個(gè)體組成，同種個(gè)體永遠(yuǎn)屬于同一類型：即物種不變。鑒別物種的標(biāo)準(zhǔn)是模式標(biāo)本（type specimen）的性態(tài)。Charles Darwin（18091882）的物種變的概念：19世紀(jì)英國(guó)博物學(xué)家達(dá)爾文以進(jìn)化論的觀點(diǎn)，在其巨著物種起源中提出的：物種是變化的，不是不變的，自然界中真實(shí)存在的是變種，亦即不承認(rèn)物種的真實(shí)存在，不可能有固定特征和間斷分

17、化，從而，不可能有物種的存在。達(dá)爾文認(rèn)為，物種的純粹是人為地，只是分類學(xué)家為方便而設(shè)立的單位。陳世驤（1978）的又變又不變、又連續(xù)又間斷的物種概念：20世紀(jì)70年代末期，我國(guó)已故分類學(xué)家及進(jìn)化生物學(xué)家陳世驤教授提出：又變又不變、不連續(xù)又間斷的物種概念。此概念為：物種是生命系統(tǒng)線上的基本間斷；定義為：物種是生殖單元，又連接又間斷的居群組成；物種是進(jìn)化單元，是生物系統(tǒng)上的基本環(huán)節(jié)，是分類的基本單元或物種是由居群組成的生殖單元，并與其他單元在生殖上是隔離的，在自然界占有一定的生境，在宗譜線上代表一定的分支。關(guān)于物種的存在，以及變不變的概念分析物種“有沒有”與“變不變”的關(guān)系物種不 變種介分 明客觀

18、存 在物種概念物種演 變種間連 接人為單 元現(xiàn)代分類系統(tǒng)的物種的概念 物種是進(jìn)化單元，亦是分類的基本單元。物種四變又不變的，是連續(xù)的又是 間斷的。變是絕對(duì)的，是物種發(fā)展的依據(jù)；不變是相對(duì)的，是物種存在的依據(jù)。形態(tài)相似（特征分明，特征固定）和生殖隔離（雜交不育）是其不變的一面，是借以鑒定物種的根據(jù)。 現(xiàn)代分類系統(tǒng)有關(guān)物種的定義物種是生物界發(fā)展的連續(xù)性與間斷性統(tǒng)一的基本間斷形式；在有性生物，物種呈現(xiàn)為統(tǒng)一的繁殖群體，由占有一定空間，具有實(shí)際或潛在繁殖能力的種群（居群）所組成，而且與其他群體在生殖上是隔離的。4.2 種下階元及其標(biāo)準(zhǔn) 亞種亞種是地方性居群在地理上劃分的集合體，在分類上，與本種中其他的

19、同樣集合體互有不同。在鑒定中，它是地方性居群，彼此間在分類上互有差異，且其差異達(dá)到居群的75%，即為不同的亞種。標(biāo)準(zhǔn)差異：當(dāng)居群特征的差異來(lái)達(dá)到居群的75%時(shí)，其特征是呈現(xiàn)連續(xù)變異，不能成為亞種。地理亞種：不同地理分布的亞種，亦稱地理宗。生態(tài)亞種：棲息地及生態(tài)習(xí)性不同亞種。生理亞種：生理特征不同的亞種。 親緣種（sibling species）二個(gè)或 二個(gè)以上的居群，彼此間差異甚微，且分布于同一地區(qū)而不雜交。主要以分布于同一地區(qū)，且不互相交配的居間類型，來(lái)加以鑒別。 超種（super species）分布區(qū)不相重疊，互有接觸，但不交配生育的極近似的若干物種。4.3 分類學(xué)的階段與水平 第一階段：稱為分類學(xué)或 水平，重點(diǎn)是新種描述，并將新種安排在相應(yīng)的屬中。 第二階段；稱為分類學(xué)或水平，仔細(xì)確定種或高級(jí)分類階元水平的關(guān)系，重點(diǎn)提出，一項(xiàng)可靠的分類。 第三階段：稱為分類學(xué)或水平，更注意種下變異，多種多樣的進(jìn)化及多樣性的解釋。第五章 物種的命名法 5.1 分類的方法人為分類法：以易觀察及易于鑒別的特征，作為分類的標(biāo)準(zhǔn)。此法以求檢索名稱的便利