Hva er taksonomi?

Hvis du så en fjær, tofots kriter på plenen, hva ville du fortalt folk du så? En robin? En svartfugl? Hva med en dinosaur?

Fra en taksonomist perspektiv kunne du ikke gå galt med dinosauren. I følge taksonomi er disiplinen som tildeler offisielle vitenskapelige navn til alle kjente organismer, alle fugler dinosaurer. "Robin" og "svartfugl" er vanlige navn som kan bety forskjellige ting forskjellige steder, mens kleden "Dinosauria" er en tydelig vitenskapelig betegnelse - og den inkluderer fugler, som stammet fra de eldgamle kjempene.

I grunn er taksonomien vitenskapen om å navngi, definere og klassifisere "biologisk, evolusjonært forskjellige grupper av organismer," sier David Baum, botaniker fra University of Wisconsin-Madison som studerer evolusjon og systematikk. Stanford University-biolog Paul Ehrlich uttrykker det enklere i et essay på nettstedet Birds of Stanford: "Taxonomy… is the science of classifying organisms."

Taksonomidisiplinen analyserer hvordan skapninger skal grupperes i forskjellige taxaer (f.eks. Disse spesielle fuglene utgjør en art som er forskjellig fra den); bestemmer hva jeg skal kalle disse taxaene (denne fuglearten er Spinus tristis, den amerikanske gullfinken, og den er den Eudyptes robustus, en crested pingvin); og legger ut hvordan mindre grupper hekker sammen til større, for eksempel hvordan forskjellige arter er gruppert under en slekt.

Denne hekkingen går fra art til slekt, deretter opp gjennom familie, orden, klasse, filum, rike og domene. Derfor huskatter, arten Felis catus, bor i slekten felis, hekker i familien Felidae (sammen med andre katter, som tigre og bobcats), som igjen sitter i rekkefølgen Carnivora (med andre rovdyr, for eksempel bjørner og hvalross). Denne orden hekker inne i klassen Mammalia, som også inkluderer sebraer, hvaler og mennesker. Pattedyr er en del av filylen Chordata, som omfatter alle virveldyr og mer eksotiske skapninger som havsprut. Denne filylen lever i kongeriket Animalia, som er en del av domenet Eukaryota, som omfatter alt med en kjerne i cellene.

I slekt: Prokaryotiske vs eukaryote celler: Hva er forskjellen?

Taksonomi bestemmer også det to-delte, binomiale navnet på slekt-pluss-arter som forskere bruker for å formelt utpeke en spesifikk organisme (Homo sapiens for oss, Clostridium difficile for en av våre uvelkomne bakteriegester).

De definitive navnene gjør taksonomi avgjørende for forskere, fortalte Baum. "Vi må ha tydelig kommunikasjon. Så hvis jeg snakker om en bestemt evolusjonsgruppe og noen andre er [også], vet vi at vi snakker om det samme," sa han. "Det er den grunnleggende grunnen til at vi absolutt trenger taksonomi."

Taksonomi gjenspeiler evolusjonen

Iboende ved at nytten er måten taksonomi grupperer organismer etter deres forhold. I moderne taksonomi betyr det å beskrive evolusjonære koblinger. En taksonomisk gruppe må alltid referere til et sett med organismer som stammet ned fra samme stamfar, på et tidspunkt i evolusjonshistorien. Arter innenfor samme slekt har alle en felles stamfar. Det samme gjelder hver slekt innen en familie og så videre.

Taksonomi er så sammenvevd med evolusjonsteori, at det faktisk kan være vanskelig å avgrense når forskerens "gjør taksonomi" og når de "driver evolusjonsbiologi," sa Baum.

I slekt: Hva er konvergent evolusjon?

Klassisk engasjerer en taksonom seg i taksonomi ved å undersøke de forskjellige funksjonene til en organisme eller gruppe av organismer, sammenligne dem mot kjente eksempler, og deretter, hvis det er berettiget, tilordne navn eller tilordne nye. En taksonom kan ta et sett med eksempler og skille potensielt forskjellige arter, slik FNs miljøprogram sekretariat for konvensjonen om biologisk mangfold beskriver.

Etterforskeren ville deretter sjekke om disse gruppene allerede hadde navn, noen ganger ved å lese århundrer gamle eksemplarbeskrivelser, eller sammenligne med prøver fra museer og herbaria. De vil se på eksterne og interne egenskaper og kanskje til og med analysere DNA. Hvis sammenligningene ikke viser noen treff, ville taksonomen skrevet opp en beskrivelse og tildelt et nytt artsnavn i samsvar med de kompliserte reglene i taksonomisk nomenklatur. Deretter ville funnet bli publisert.

Det arbeidet kan innebære litt evolusjonær oppdagelse, utover bare navngivning. I praksis driver taksonomer evolusjonsbiologi, sa Baum. "De rekonstruerer evolusjonshistorien. Og så oppdager de hele tiden nye evolusjonsrelasjoner mellom organismer."

Feltets gjensidig avhengighet av evolusjonsteori betyr også at taksonomi på sin side må svare på evolusjonære funn. Så grupperinger og navn kan endres, noen ganger dramatisk.

Reptiler omfattet for eksempel opprinnelig øgler, slanger, skilpadder og krokodiller. Fugler ble ansett for å være forskjellige. Over tid fant forskere imidlertid at krokodiller var nærmere beslektet med fugler enn at noen av dem var til andre krypdyr. (Dette ble funnet først via morfologiske studier, men senere godt bekreftet via molekylær analyse, sa Baum.) Dette etterlot taksonomer i en kvartal om hva gruppering "reptil" skulle referere til, ettersom kjernemedlemmene nå ble sett på å være mer nært beslektet med en utenforstående, sa Baum.

"Hvis taksonomien ikke gjenspeiler evolusjonshistorien ordentlig, og folk antar at den gjør det, vil de gjerne gjøre feil ..."

- botaniker David Baum

I slekt: Er fugler dinosaurer?

Taksonomer kunne ha reservert begrepet "krypdyr" for å referere til ikke-krokodillemedlemmer (slanger, øgler og skilpadder), da krokodiller var nærmere beslektet med fugler. I stedet utvidet forskere reptiler til nå å inkludere fugler.

Videreutvidet aksepterte forskere til slutt at en gruppe dinosaurer, theropodene, er nærmere beslektet med fugler enn andre reptiler. (Bevis for at dette ble bygd opp gjennom årene, som begynner med fuglelignende Archaeopteryx i 1860-årene og fortsatte gjennom oppdagelsen av mange fjærede dinosaurer på 1990-tallet.)

Igjen kunne taksonomer ha begrenset begrepet "dinosaurer" til de dinos som fugler ikke stammet fra. Men forskere valgte i stedet å opprettholde gruppering av alle tidligere anerkjente dinosaurer, som Dinosauria, mens de anerkjente fugler som etterkommere av en dino-gren.

I slekt: Hva er forskjellen mellom alligatorer og krokodiller?

Ved å svare på evolusjonsfunn som dette gjør taksonomi mer enn å endre nomenklatur: Det hjelper forskere å unngå feil, sa Baum. "Hvis fugler hadde blitt holdt taksonomisk atskilt fra krokodiller, ville biologer en tendens til å gjøre antakelser om at krokodiliansk anatomi og fysiologi ville likne på øgler, i stedet for å se på fuglene," sa han. "Hvis taksonomien ikke gjenspeiler evolusjonshistorien ordentlig, og folk antar at den gjør det, har de en tendens til å gjøre feil i slutningen. De pleier å hoppe til falske konklusjoner."

Hvem oppfant taksonomi?

Evolusjonen har imidlertid ikke alltid spilt denne rollen i taksonomien. Dagens hierarkiske, rangerte system oppsto hos Charles Linné, en svensk botaniker fra 1700-tallet. Linné abonnerte ikke på Darwins teori - delvis av den tilgivelige grunnen til at den ikke var oppfunnet ennå. Så den første enorme milepælen i moderne taksonomi sin egen evolusjon, sa Baum, kom med innarbeidelsen av evolusjonsteori. "Siden Darwin var det en intensjon om å gjenspeile evolusjonshistorien i det taksonomiske systemet."

Nøyaktig hvordan det skulle gjøres, forble imidlertid uklart til midten av 1900-tallet. Da viste tyske forskere som Willi Hennig at "hvis du vil gjenspeile evolusjonshistorien, så skulle du bare gi navn til ... disse gruppene som alle kommer fra en felles stamfar," sa Baum.

I dag styrer disse "monofyletiske gruppene", eller grupper som stammer fra en felles stamfar, hvordan taksonomister avgrenser taxa, med grupper som forgrener seg livets tre fra sine felles forfedre. Derfor må hver slekt i en familie dele en felles stamfar og så videre. "Bare som på et vanlig tre, kan du tenke deg å ta tak i en gren og si: 'Vel, alt som er nede på denne grenen, vil vi gi den et navn,' sa Baum. Det er en monofyletisk gruppe.

Andre store begivenheter i taksonomiens egen evolusjon tjente til å forsterke innsikten til Darwin og Hennig. Fremkomsten av DNA-analyse har hjulpet forskere mer nøyaktig å måle hvordan beslektede organismer er, og hopp i beregningsmakt har siden fremskyndet de genetiske funnene, sa Baum.

Problemet med klassisk taksonomi

Men midt i denne skinnende, moderne beregningstiden, beholder taksonomien spor etter sine hundre år gamle røtter - som noen forskere, inkludert Baum, omtaler som bagasje.

Binomialnavnene, for det første, vokste fra Linnés før-darwinistiske tankegang. For Linné sa Baum, "Slektene var det Gud skapte, og etter opprettelsen var det noen omorganiseringer som tilfeldigvis genererte forskjellige arter av slekten. Så slekten var den typen -" slekten "betyr" snill "på latin - [ og] arter var sorten, modifiseringen av den. "

Dermed gjenspeiler selve navnesystemet som gir oss Homo sapiens og Tyrannosaurus rex et kreasjonistisk syn, sa Baum.

I slekt: Hvorfor kreasjonister er mer sannsynlig å kjøpe seg inn i konspirasjonsteorier

"En klasse snegler kan ikke meningsfullt sammenlignes med en fiskeklasse."

- fylogenetiker Ronald Jenner

For Baum og andre veier taksonomiens "bagasje" hele klassifiseringssystemet, spesielt på grunn av gradene. Disse forskerne hevder den viktige informasjonen i taksonomien, er at avgrensede grupper har en felles stamfar, ikke om de regner som slekt, filum, familie eller orden. Slike rangeringer antyder en ekvivalens på tvers av taxa som ikke samsvarer med virkeligheten, sa Baum.

En filum kan for eksempel ha et vidt forskjellig spekter av mangfold og tidslinje for evolusjonsdivergens enn en annen, til tross for at begge var filyler, skrev Christie Wilcox i Quanta. "Rekkene betyr ikke noe spesifikt eller ensartet på tvers av alle livets grupper," skrev hun.

"En klasse av snegler kan ikke meningsfullt sammenlignes med en fiskeklasse," fortalte London Natural History Museum-fylogenetikeren Ronald Jenner til Quanta.

Et alternativt system kan bare klassifisere organismer etter deres monofyletiske grupper - de nestede taxaene som har felles forfedre - uten å tildele rangeringsnavn. "Du vil fortsatt ha Mammalia. Det ville ikke være et spørsmål, er Mammalia en ordre, er det en filum, er det noe annet?" Sa Baum. "Du kan fremdeles lære en student at dette er de store gruppene du trenger å forstå uten å antyde at de har en viss sammenlignbarhet - du vet, denne familien og at familien bærer noe felles som familier. Fordi de ikke gjør det."

I slekt: Astronauter tilbrakte 6 netter i en beksvart grotte, og dukket opp med en splitter ny krepsdyrart

Et stort skritt mot en slik taksonomisk reform ankom nylig, med den nyeste versjonen av PhyloCode-publisering i 2019. Dette prosjektet tar sikte på å "utforme nomenklatursystemet slik at du kan bestemme riktig navn på en taxon [gruppe av relaterte organismer] uavhengig av rang, "Sa Baum. Under dette systemet kan "Mammalia" ikke defineres som en klasse, men som alle de organismer som deler en nylig vanlig stamfar med mennesker og platypuser, sa Baum. Navnet Mammalia vil fremdeles referere til en gruppe med en felles stamfar, men det ville ikke være noen rang som "klasse" som feil antydet at gruppen var lik størrelse eller mangfoldighet som andre klasser..

Å bygge dette alternative systemet vil imidlertid kreve en enorm database med fylogenetiske definisjoner - definisjoner av grupper som er nært beslektede. Det er et massivt, pågående prosjekt, sa Baum. PhyloCode forblir kontroversiell blant biologer og taksonomer, og innsatsen vil fortsette ved siden av de tradisjonelle klassifiseringene, definisjonene og nomenklaturlige kampene som har okkupert taksonomer i århundrer. For nå, i det minste, vender forskere seg fremdeles til den tradisjonelle formen for taksonomi for å tildele nyfundne arter navnene og stedene på livets tre.

Tilleggsressurser:

• Finn taksonomisk informasjon om nordamerikanske organismer fra den amerikanske regjeringens integrerte taksonomiske informasjonssystem.
• Les om taksonomiske "vandaler" på Smithsonian Magazine.
• Lær mer om PhyloCode-prosjektet fra International Society for Phylogenetic Nomenclature.