Лекция 1. Ботаника – наука о строении и жизни растений

1. Место и значение ботаники в системе биологических дисциплин.

2. Основные разделы ботаники.

3. Принципы ботанической классификации. Основные таксономические категории.

 

1. Место и значение ботаники в системе биологических дисциплин.

Ботаника или наука о растениях, является разделом более общей науки биологии, изучающей живую природу во всех ее проявлениях. Современная ботаника - это скорее не отдельная наука, а сложная система научных дисциплин, постигающая разнообразные тайны растительного мира.

Что же такое мир растений? В средней школе, как правило, не ставится вопрос о том - где проходит граница между миром растений и миром животных: к растениям относят и грибы, и все водоросли, и, конечно же, высшие растения.

Однако грибы в настоящее время рассматриваются как самостоятельное царство, отличное как от животных, так и от растений. Если же говорить о бактериях и синезеленых водорослях, то они настолько сильно отличаются от остальных живых существ по своей организации, что их даже выделяют в особое надцарство - прокариот (доядерных организмов). Так что далеко не все зеленые организмы, способные фотосинтезировать, можно считать растениями.

2. Основные разделы ботаники.

Растительный мир изучают с разных сторон, поэтому исторически возник ряд наук (разделов ботаники) каждый из которых решает свои задачи и использует собственные методы исследования.

Морфология (греч. морфа - форма; логос - учение) - изучает внешние формы и особенности развития растений. Одним из направлений морфологии можно считать эмбриологию (греч. эмбрион - зародыш) растений, в рамках которого изучаются зарождение и ранние этапы развития растений.

Анатомия (греч. анатомео - разрезаю) растений исследует их внутреннее строение, как правило, с использованием инструментов: лупы, микротома, светового и электронного микроскопов.

Анатомия и морфология составляют совершенно необходимую основу для других ботанических дисциплин, поэтому и изучение ботаники начинается именно с них.

В то же время изучение растений можно проводить и в соответствии с разными уровнями их организации. Если исследования проводятся на клеточном уровне - они входят в компетенцию науки - цитологии (греч. цитос - клетка).

Гистология (греч. гистос - ткань) исследует уже растительные ткани и их распределение в теле растения.

Физиология растений является наукой экспериментальной, она исследует разнообразные жизненные процессы присущие растениям, нередко с применением физических и химических методов.

Систематика ставит перед собой целью описание и классификацию растений, т.е. их распределение по таксонам: видам, родам, семействам, порядкам, классам и отделам. Систематику принято рассматривать как науку о разнообразии организмов. Однако, пожалуй, главная ее задача - восстановление путей эволюционного развития растительного мира.

Изучению эволюционных аспектов развития растений способствует палеоботаника (греч. палайос - древний). Эта дисциплина занимается древними, нередко вымершими видами растений, существовавшими минувшие геологические эпохи. Как правило, палеоботаника имеет дело с окаменелостями растений и их отпечатками в горных породах. Ретроспективные методы этой науки также позволяют восстановить картину и условия существования растительности былых эпох.

Фитоценология (греч. фитон - растение, койнос - общий) изучает сообщества растений - фитоценозы. Под фитоценозом понимают конкретную группировку растений в пределах одного местообитания, характеризующуюся определенным видовым составом, строением и сложившейся системой взаимоотношений растений друг с другом и окружающей их средой.

С фитоценологией тесно связана флористика, главная задача которой заключается в составлении флор - списков видов, обитающих на определенной территории. Изучение растительного покрова любой территории начинается с инвентаризации видов растений, ее населяющих.

Ботаническая география изучает закономерности распределения растительного покрова по поверхности нашей планеты, в зависимости от климата, почв, геологической истории.

Экология растений исследует взаимосвязи растений с окружающей средой.

Таким образом, современная ботаника сложная и многогранная наука, включающая в себя множество направлений.

 

3. Принципы ботанической классификации.

Основные таксономические категории.

Номенклатура - это особый, важный и очень сложный раздел систематики. Международный кодекс ботанической номенклатуры основан на следующих принципах:

1. Ботаническая номенклатура независима от зоологической (зоологи имеют свой Международный кодекс зоологической номенклатуры, а микробиологи - Международный кодекс номенклатуры бактерий). Кодекс применяется к названиям таксонов, определяемых как растения (включая грибы), независимо от того, рассматривались ли эти таксоны первоначально как растения или нет.

2. Принцип типификации: применение названий таксонов определяется при помощи номенклатурных типов. Номенклатурный тип вида - это гербарный экземпляр (или в некоторых случаях изображение), с которым связывается название. Если вид разделяется на два или больше видов, то старое название сохраняется за той его частью, к которой принадлежит этот типовой образец, а другие виды должны получить новые эпитеты. Номенклатурный тип рода - определенный вид: например, для рода дудник (Angelica L.) - Angelica sylvestris L., а для рода солонечник (Galatella Cass.) - Galatella punctata (Waldst. et Kit.) Nees.

Номенклатурный тип таксонов более высокого ранга до семейства включительно - определенный род, от которого производится название семейства: семейство маковые (Papaveraceae), тип мак (Papaver L.); семейство кладофоровые (Cladophoraceae Wille), тип кладофора (Cladophora Kutzing). По отношению к семействам, правда, сделано 2 исключения: признаются правильными и законными старые и прочно укоренившиеся для них названия, но разрешается использовать альтернативные названия, произведенные от названия типового рода:

Пальмы - Palmae (= Arecaceae, тип Areca L.);

Злаки - Gramineae (= Роасеае, тип Роа L.);

Крестоцветные - Cruciferae (= Brassicaceae, тип Brassica L.);

Бобовые - Leguminosae (= Fabaceae, тип Faba Miller);

Капельконосные - Guttiferae (= Clusiaceae, тип Clusia L.);

Зонтичные - Umbelliferae (= Apiaceae, тип Apium L.);

Губоцветные - Labiatae (= Lamiaceae, тип Lamium L.);

Сложноцветные - Compositae (= Asteraceae, тип Aster L.).

К названиям таксонов рангом выше семейства принцип типификации не применяется, если только не типифицируются автоматически как основанные на родовом названии (род Lilium - семейство Liliaceae - порядок Liliales - подкласс Liliidae, класс - Liliopsida).

3. Принцип приоритета: номенклатура таксонов основывается на приоритете в обнародовании. При этом время действия принципа приоритета ограничено, и для большинства групп точкой отсчета выбрано 1 мая 1753 г., когда было публикован важнейший труд К. Линнея «Species plantarum» («Виды растений») с последовательно примененными наряду с полиноминалами «тривиальными» названиями. Вся долиннеевская номенклатура и даже послелиннеевская, но в которой не применяются строго биноминальные названия, не считаются научной и не рассматриваются Международным кодексом ботанической номенклатуры.

4. Принцип уникальности: каждый таксон с определенными границами, положением и рангом может иметь только одно название - наиболее раннее и соответствующее правилам Кодекса.

5. Принцип универсальности: научные названия таксонов рассматриваются как латинские независимо от их происхождения и подчиняются правилам латинской грамматики. Названия растений на живых языках - русском, английском, китайском и др. - не считаются научными, и никаких правил, регламентирующих их создание и применение, не существует.

Современные системы растений, грибов, животных иерархичны. Это значит, что группы одного и того же ранга последовательно объединяются в группы все более высоких рангов. Виды объединяются в роды, роды - в семейства и т.д. Иерархическая система систематических групп упорядочивает разнообразие и как бы уменьшает его, делая органический мир доступным для обозрения, изучения и использования. Да и на практике нам не всегда необходимо оперировать именно видами: ведь во многих случаях достаточно использовать группы более высокого ранга. Так, мы говорим, что все виды пингвинов обитают в Антарктике, что Капской флористической области свойственно обилие разнообразных представителей семейства вересковых, а многочисленные виды рода ковыль характерны для степей и полупустынь.

Следует различать понятия о систематических (таксономических) единицах и таксономических категориях. Таксономическая категория обозначает ранг группы (например, вид, род, семейство и т.д.). Таксономическая единица - это конкретная, реально существующая группа определенного ранга (например, вид - лютик ползучий (Ranunculus repens L.), род - лютик (Ranunculus L.), семейство лютиковые (Ranunculaecae Juss).

Систематические границы сейчас принято называть таксонами (taxon, во множественном числе taxa). Каждое растение принадлежит к серии таксонов последовательно соподчиненных рангов.

Иерархия таксонов и правила наименования растений (номенклатура) регулируются обязательным для всех ботаников Международным кодексом ботанической номенклатуры. Это исключительно важный документ, вносить изменения в который правомочны только международные ботанические конгрессы.

Согласно кодексу, принята следующая система таксономических категорий (в нисходящем порядке):

Царство - Regnum

Отдел - Divisio

Класс - Classis

Порядок - Ordo

Семейство - Familia

Триба (колено) - Tribus

Род - Genus

Секция - Sectio

Вид - Species

Разновидность - Varietas

Форма - Forma

Основные ранги таксонов - вид, род, семейство, класс, отдел. Следовательно, каждое растение должно обязательно принадлежать к определенному виду, роду, семейству, классу, отделу (растительное царство - Regnum vegetabile - подразумевается само собой). В случае необходимости, если система группы очень сложна, можно использовать категории «подотдел», «подкласс», «подпорядок» и т.д. вплоть до «подформы». Иногда используют такие категории, как «надкласс», «надпорядок» или добавляют дополнительные категории, если только это не вносит путаницу или ошибку, но при всех обстоятельствах соотносительный порядок перечисленных выше рангов не может быть изменен.

Кроме рода, вида и внутривидовых категорий таксоны рангом до семейства несут специальные окончания, прибавляемые к основе: название семейства оканчивается на асеае, подсемейства - oideae, трибы - еае и подтрибы - inae: например, род камнеломка (Saxifraga L.), Saxifragaceae, Saxifragoideae, Saxifrageae, Saxifraginae.

Таксонам рангом выше семейства рекомендуется давать названия со следующими окончаниями: отдел - phyta, подотдел - phytina, класс - opsida (у водорослей - phyceae), подкласс - idae (у водорослей - phycidae), порядок - ales, подпорядок - ineae. Это очень удобно, поскольку по окончании названия можно сразу судить о ранге группы.

В долиннеевскую эпоху названия видов строились таким образом, чтобы в них отражались признаки растений и отличия его от других видов того же рода. В результате получались названия-фразы, полиноминалы. Например, название черники (Vaccinium myrtillus) могло звучать так: Vaccinium pedunculis unifloris, foliis serratis ovatis deciduis, caule angulato (черника с цветоносами одноцветковыми, листьями пильчатыми яйцевидными, опадающими, стеблем угловатым). В сочинении другого автора - «Vitis idaea foliis oblongis crenatis fructu nigricante» (брусника с листьями продолговатыми городчатыми, плодом черноватым). Конечно, это было крайне неудобно. Во-первых, такие названия очень трудно запомнить и использовать в практике, например при описании растительности, да и во всех, собственно, случаях. Во-вторых, названия эти были неустойчивы, потому что при описании каждого нового вида нужно было не только дать ему название, но и исправить названия остальных видов, чтобы показать их отличия от вновь описываемого. К. Линней осуществил гениальную реформу: наряду с описательными названиями-фразами он предложил использовать «тривиальные», простые видовые эпитеты, эпитеты-символы, которые вовсе не обязательно отражают те или иные признаки растения. Удобство такого подхода было осознано очень быстро. Таким образом возникла и укрепилась современная бинарная (биноминальная) номенклатура, и сейчас название вида состоит из двух слов: в него входят название рода и видовой эпитет. В одних случаях видовой эпитет указывает на какие-либо признаки или свойства растений - например (Trifolium repens) клевер ползучий с ползучим стеблем, ветреница дубравная (Anemone nemorosa), растущая в дубравах, донник белый (Melilotus albus) с венчиком белого цвета и т.д. В других случаях название рода и видовой эпитет ровно ничего не говорят об особенностях растений, название чисто символично, но навсегда закреплено именно за данным видом; прекрасный пример - Korolkovia severtzovii (род назван в честь Королькова, а вид - в честь Северцова).

В названиях внутривидовых таксонов указывается их ранг: например Aster tripolium L. subsp. pannonicum

(Jacq.) Soo; Festuca ovina L. subsp. sulcata Hack. var. pseudovina Hack, subvar. angustiflora Hack.