你應該叫那隻鳥什麼名字?
你叫它「恐龍」是不會錯的,分類學家說。
如果你在草坪上看到一隻長著羽毛的兩腳動物,你會怎麼告訴別人你看到的?知更鳥?黑鳥?亦或恐龍?
從分類學家的角度來看,恐龍是不會出錯的。分類學是一門為所有已知生物指定正式學名的學科,所有的鳥類都是恐龍(現代鳥類可以追溯到獸腳類動物的起源,獸腳類是恐龍家族樹上主要以肉食為生的分支)。「知更鳥」和「黑鸝」是常見的名字,在不同的地方可能意味著不同的東西,而「恐龍」一詞則是一個明確的科學名稱——它包括鳥類,它們是古代巨人的後裔。
威斯康星大學麥迪遜分校研究進化和系統學的植物學家David Baum說,從根本上說,分類學是一門命名、定義和分類「生物學上、進化上截然不同的有機體群」的科學。史丹福大學生物學家Paul Ehrlich在斯坦福鳥類網站上的一篇文章中說得更簡單:「分類學……是對生物進行分類的科學。」
分類學學科分析生物應如何被分為不同的分類群(例如,這些特定的鳥類組成了一個不同於那個分類群的物種);確定這些分類群的名稱(這種鳥種是美洲金翅雀,另一種是有冠企鵝);並列出了小群體如何把不同的物種組合成一個更大的物種,例如不同的物種如何被歸為一個屬。
這種體系從物種到屬,然後一直延伸到科、目、綱、門、界和域。
因此,家貓屬於貓科動物並與其他貓科動物,如老虎和山貓同科,而貓科動物又屬於食肉目與其他食肉動物,如熊和海象同目。這種目歸屬哺乳動物綱,其中也包括斑馬、鯨魚和人類。
分類學還決定了由屬和種兩部分的二項式名稱,科學家用來正式指定一種特定的有機體(對我們來說是智人,梭菌是我們不受歡迎的細菌客人之一)。Baum在接受《生活科學》雜誌採訪時說:「這些明確的名稱使分類學對科學家至關重要。」我們需要有明確的溝通。所以,如果我說的是一個特定的進化群體,而另一個人也是,我們知道我們談論的是同一件事這就是我們需要分類學的根本原因。
分類學與進化
這種有用性的內在原因是分類學根據生物之間的關係對它們進行分組。在現代分類學中,這意味著描述進化的聯繫。在進化史的某個階段,一個分類學群體必須總是指從同一祖先進化而來的一組有機體。同一屬的物種都有共同的祖先。同一科中的每一個屬也是如此。Baum說,分類學與進化論是如此緊密地交織在一起,以至於很難描述研究人員何時「做分類學」和什麼時候「做進化生物學」。
傳統上,分類學家從事分類學研究的方法是檢查一個有機體或一組有機體的各種特徵,將它們與已知的例子進行比較,然後,如果有必要,重新分配名稱或分配新的名稱。正如聯合國環境規劃署的《生物多樣性公約》中所描述的那樣,分類學專家可能會採集一組標本並分離出可能不同的物種。
研究人員隨後檢查這些群體是否已經有了名字,有時通過閱讀幾百年前的標本描述,或者與博物館和標本館的樣本進行比較。他們會觀察外部和內部特徵,甚至可能分析DNA。如果這些比較顯示不匹配,分類學家會根據複雜的分類學命名規則描述並指定一個新的物種名稱。然後,將研究結果公布。
這項工作可能涉及到一些進化發現,而不僅僅是命名。Baum說:「實際上,分類學家們正在進行進化生物學研究。」他們正在重建進化史。因此,他們一直在發現有機體之間新的進化關係。」
該領域與進化理論的相互依賴性也意味著分類學必須對進化發現做出反應。因此,分組和名稱可能會發生變化,有時會發生巨大變化。例如,爬行動物最初包括蜥蜴、蛇、海龜和鱷魚。鳥類被認為是與眾不同的。然而,隨著時間的推移,科學家發現鱷魚與鳥類的關係比它們與其他爬行動物的親緣關係更為密切。
Baum說,這一現象最初是通過形態學研究發現的,但後來通過分子分析得到了很好的證實。這讓分類學專家在「爬行動物」這一類群應該指什麼的問題上左右為難,因為現在人們發現它的一個核心成員與一個外來者的關係更為密切。
分類學家本可以保留「爬行動物」一詞來指代非爬行動物的成員(蛇、蜥蜴和海龜),因為鱷魚與鳥類的關係更為密切。然而,科學家們將爬行動物擴展到鳥類。最終,科學家們接受了這樣一種說法:獸腳類恐龍與鳥類的關係比其他爬行動物更為密切。(這方面的證據是多年來形成的,從19世紀60年代的鳥形始祖鳥開始,到20世紀90年代發現了許多有羽毛的恐龍)
同樣,分類學家可以把「恐龍」一詞限制在與那些鳥類沒有進化關係的恐龍身上。但是,研究人員選擇保留所有以前被確認的恐龍的分類,即恐龍,同時承認鳥類是恐龍分支的後代。
Baum說:「通過對進化發現的回應,分類學不僅僅是改變命名法:它幫助科學家避免錯誤。」「如果鳥類在分類學上與鱷魚分開,生物學家會傾向於假設鱷魚的解剖學和生理學與蜥蜴相似,而不是去觀察鳥類,」他說如果分類學不能恰當地反應進化史,而人們認為它確實反應了進化史,那麼他們就容易在推理中犯錯誤。他們容易得出錯誤的結論。」
誰發明了分類學?
然而,進化並不總是在分類學中扮演這個角色。今天的等級制度起源於18世紀瑞典植物學家Charles Linnaeus。Linnaeus並不贊同達爾文的理論,部分原因是達爾文的理論尚未被發明。因此,現代分類學自身進化史上的第一個巨大裡程碑是隨著進化理論的融合而來的。 Baum說,「自從達爾文以來,人們就有了在分類學系統中反應進化史的意圖。」
然而,究竟如何做到這一點,直到20世紀中期才開始清晰。德國科學家Willi Hennig表示,「如果你想反應進化史,那麼你應該只給……這些來自同一祖先的群體起名字。」
今天,這些「單系群」,或者說來自同一個祖先的群體,支配著分類學家如何劃分種類群,它們是從共同祖先的生命樹上分支出來的。這就是為什麼一個家族中的每個屬都必須有一個共同的祖先。」 Baum說:「就像在一棵普通的樹上一樣,想像一下抓住一根樹枝說:『好吧,這棵樹上所有的東西,我們都要給它取個名字。』。那是一個單系群。
分類學自身進化中的其他重大事件也加強了達爾文和Hennig的見解。Baum說,DNA分析的出現幫助科學家更精確地測量生物之間的聯繫,計算能力的飛躍也加速了這些基因的發現。
經典分類學的問題
在這個光彩奪目的現代計算時代,分類學保留了它幾個世紀以來溯源的痕跡,一些科學家,包括Baum,把它稱為包袱。
首先,這個二項式的名字是從Linnaeus之前的達爾文思想發展而來的。對於Linnaeus,Baum說,「屬是上帝創造的,在創造之後,發生了一些重組,碰巧產生了不同種類的屬。所以genera就是種類,拉丁語中『genus』的意思是『kind』,而『species』就是變種,是對它的修改。」 Baum說:「因此,賦予我們智人和霸王龍的命名系統反應了神創論的觀點。」
對於Baum和其他人來說,分類學的「包袱」給整個分類系統帶來了負擔。這些科學家認為,分類學中的重要信息是,所描繪的類群具有共同的祖先,而不是它們是否屬於屬、門、科或目。Baum說,這樣的排名表明,不同分類群之間的等價性並不符合實際情況。
例如,儘管兩個門都是門,但一個門的多樣性範圍和進化分歧的時間軸可能與另一個大不相同,Christie Wilcox在《量子論》中寫道:「等級並不意味著任何特定或統一的生活群體。
倫敦自然歷史博物館系統遺傳學家Ronald Jenner說:「一類蝸牛與一類魚類相比,是沒有意義的。」
另一種系統可能只需根據它們的單系類群(共有祖先的嵌套類群)對生物進行分類,而不必指定等級名稱。「你不必糾結哺乳動物是一個目,是一個門,還是其他什麼?」 Baum說。你可以教一個學生這些是你需要了解的大群體,而不是暗示他們有某種可比性。
最近,隨著最新版本的PhyloCode於2019年發布,這種分類法改革的一大步即將到來。Baum說,這個項目的目標是「重新設計命名系統,這樣你就可以獨立於等級來決定一個分類單元(相關生物群)的正確名稱。」。Baum說,在這個體系下,「哺乳動物」可能不被定義為一個類,而是所有與人類和鴨嘴獸有著最新共同祖先的有機體。哺乳動物這個名字仍然是指有著共同祖先的群體,但是沒有像「階級」這樣的等級錯誤地暗示著這個群體在規模或多樣性上與其他類群相似。
然而,要建立這個替代系統,需要一個龐大的系統資料庫——對密切相關群體的定義。Baum說:「這是一個龐大的、正在進行的項目。在生物學家和分類學家之間,系統代碼仍然存在爭議,這項工作將與傳統的分類、定義和命名鬥爭一起繼續,這些傳統分類、定義和命名之爭已經佔據了分類學家幾個世紀之久。因此,至少現在,科學家們仍然使用傳統的分類學形式來給新發現的物種分配它們的名字和它們在生命樹上的位置。 (中國科協楊寶龍根據LiveScience相關資料整理)