Trong nhiều thế kỷ, việc đặt tên và phân loại các sinh vật sống thành các nhóm là một phần không thể thiếu trong nghiên cứu tự nhiên. Aristotle (384BC-322BC) đã phát triển phương pháp phân loại sinh vật đầu tiên được biết đến, nhóm các sinh vật theo phương tiện vận chuyển của chúng như không khí, đất và nước. Một số nhà tự nhiên học khác theo sau với các hệ thống phân loại khác. Nhưng chính nhà thực vật học người Thụy Điển, Carolus (Carl) Linnaeus (1707-1778) mới được coi là người tiên phong của ngành phân loại học hiện đại.
Trong cuốn sách Systema Naturae , xuất bản lần đầu năm 1735, Carl Linnaeus đã giới thiệu một cách phân loại và đặt tên sinh vật khá thông minh. Hệ thống này, hiện được gọi là phân loại Linnaean, đã được sử dụng ở các mức độ khác nhau kể từ đó.
Phân loại Linnaean phân loại các sinh vật thành một hệ thống phân cấp của giới, lớp, bộ, họ, chi và loài dựa trên các đặc điểm vật lý chung. Danh mục ngành đã được thêm vào sơ đồ phân loại sau đó, như một cấp độ phân cấp ngay bên dưới vương quốc.
Các nhóm ở trên cùng của hệ thống phân cấp (giới, ngành, lớp) được định nghĩa rộng hơn và chứa số lượng sinh vật lớn hơn so với các nhóm cụ thể hơn ở vị trí thấp hơn trong hệ thống phân cấp (họ, chi, loài).
Bằng cách gán mỗi nhóm sinh vật cho một giới, ngành, lớp, họ, chi và loài, chúng có thể được đặc trưng duy nhất. Tư cách thành viên của chúng trong một nhóm cho chúng ta biết về những đặc điểm mà chúng chia sẻ với các thành viên khác trong nhóm hoặc những đặc điểm khiến chúng trở nên độc nhất khi so sánh với các sinh vật trong nhóm mà chúng không thuộc về.
Ngày nay, nhiều nhà khoa học vẫn sử dụng hệ thống phân loại Linnaean, nhưng nó không còn là phương pháp duy nhất để phân nhóm và mô tả các sinh vật. Các nhà khoa học hiện có nhiều cách khác nhau để xác định các sinh vật và mô tả cách chúng liên quan với nhau.
Để hiểu rõ nhất về khoa học phân loại, trước tiên sẽ giúp kiểm tra một số thuật ngữ cơ bản:
- phân loại – nhóm có hệ thống và đặt tên cho các sinh vật dựa trên sự tương đồng về cấu trúc được chia sẻ, sự tương đồng về chức năng hoặc lịch sử tiến hóa
- phân loại học – khoa học phân loại sinh vật (mô tả, đặt tên và phân loại sinh vật)
- hệ thống học – nghiên cứu về sự đa dạng của cuộc sống và các mối quan hệ giữa các sinh vật
Với sự hiểu biết về phân loại, phân loại và hệ thống, giờ đây chúng ta có thể kiểm tra các loại hệ thống phân loại khác nhau hiện có. Chẳng hạn, bạn có thể phân loại các sinh vật theo cấu trúc của chúng, xếp các sinh vật trông giống nhau vào cùng một nhóm. Ngoài ra, bạn có thể phân loại các sinh vật theo lịch sử tiến hóa của chúng, xếp các sinh vật có tổ tiên chung vào cùng một nhóm. Hai cách tiếp cận này được gọi là phenetic và cladistic và được định nghĩa như sau:
- hiện tượng học – một phương pháp phân loại các sinh vật dựa trên sự giống nhau tổng thể của chúng về các đặc điểm vật lý hoặc các đặc điểm quan sát được khác (không tính đến phát sinh loài)
- cladistic – một phương pháp phân tích (phân tích di truyền, phân tích sinh hóa, phân tích hình thái) xác định mối quan hệ giữa các sinh vật chỉ dựa trên lịch sử tiến hóa của chúng
Nói chung, phân loại Linnaean sử dụng phenetic để phân loại sinh vật. Điều này có nghĩa là nó dựa vào các đặc điểm vật lý hoặc các đặc điểm quan sát được khác để phân loại các sinh vật và xem xét lịch sử tiến hóa của các sinh vật đó. Nhưng hãy nhớ rằng các đặc điểm vật lý tương tự thường là sản phẩm của lịch sử tiến hóa được chia sẻ, do đó, phân loại Linnaean (hay hiện tượng học) đôi khi phản ánh nền tảng tiến hóa của một nhóm sinh vật.
Cladistics (còn được gọi là phát sinh loài hoặc hệ thống phát sinh loài) xem xét lịch sử tiến hóa của các sinh vật để tạo thành khuôn khổ cơ bản cho việc phân loại chúng. Do đó, Cladistic khác với phenetic ở chỗ nó dựa trên phát sinh loài (lịch sử tiến hóa của một nhóm hoặc dòng dõi), chứ không phải dựa trên sự quan sát về những điểm tương đồng về thể chất.
Khi mô tả lịch sử tiến hóa của một nhóm sinh vật, các nhà khoa học phát triển các sơ đồ dạng cây được gọi là bản sao. Những sơ đồ này bao gồm một loạt các nhánh và lá thể hiện sự tiến hóa của các nhóm sinh vật theo thời gian. Khi một nhóm chia thành hai nhóm, bản sao sẽ hiển thị một nút, sau đó nhánh sẽ tiến hành theo các hướng khác nhau. Các sinh vật nằm ở dạng lá (ở đầu cành).
Phân loại sinh học ở trạng thái thay đổi liên tục. Khi kiến thức của chúng ta về các sinh vật được mở rộng, chúng ta hiểu rõ hơn về những điểm tương đồng và khác biệt giữa các nhóm sinh vật khác nhau. Đổi lại, những điểm tương đồng và khác biệt đó định hình cách chúng ta gán động vật vào các nhóm khác nhau (taxa).
đơn vị phân loại (pl. taxa) – đơn vị phân loại, một nhóm sinh vật đã được đặt tên
Việc phát minh ra kính hiển vi vào giữa thế kỷ 16 đã tiết lộ một thế giới nhỏ bé với vô số sinh vật mới trước đây đã không được phân loại vì chúng quá nhỏ để có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Trong suốt thế kỷ qua, những tiến bộ nhanh chóng trong tiến hóa và di truyền học (cũng như một loạt các lĩnh vực liên quan như sinh học tế bào, sinh học phân tử, di truyền học phân tử và hóa sinh, v.v.) liên tục định hình lại hiểu biết của chúng ta về cách các sinh vật liên quan đến nhau. khác và làm sáng tỏ những cách phân loại trước đây. Khoa học không ngừng tổ chức lại các nhánh và lá của cây sự sống.
Những thay đổi lớn đối với một phân loại đã xảy ra trong suốt lịch sử phân loại học có thể được hiểu rõ nhất bằng cách xem xét các đơn vị phân loại cấp cao nhất (lĩnh vực, vương quốc, phylum) đã thay đổi như thế nào trong suốt lịch sử.
Lịch sử phân loại kéo dài từ thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên, đến thời của Aristotle và trước đó. Kể từ khi các hệ thống phân loại đầu tiên xuất hiện, phân chia thế giới sự sống thành nhiều nhóm với các mối quan hệ khác nhau, các nhà khoa học đã vật lộn với nhiệm vụ giữ cho sự phân loại đồng bộ với bằng chứng khoa học.
Các phần tiếp theo cung cấp một bản tóm tắt về những thay đổi đã diễn ra ở cấp phân loại sinh học cao nhất trong lịch sử phân loại.
Hai vương quốc (Aristotle, trong thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên)
Hệ thống phân loại dựa trên: Quan sát (hiện tượng học)
Aristotle là một trong những người đầu tiên ghi lại sự phân chia các dạng sống thành động vật và thực vật. Aristotle phân loại động vật theo quan sát, chẳng hạn ông định nghĩa nhóm động vật cấp cao bằng việc chúng có máu đỏ hay không (điều này phản ánh đại khái sự phân chia giữa động vật có xương sống và động vật không xương sống được sử dụng ngày nay).
- Plantae – thực vật
- Animalia – động vật
Hệ thống phân loại dựa trên: Quan sát (hiện tượng học)
Hệ thống ba giới, được giới thiệu bởi Ernst Haeckel vào năm 1894, phản ánh hai giới lâu đời (Plantae và Animalia) có thể được gán cho Aristotle (có lẽ trước đó) và thêm giới thứ ba, Protista bao gồm sinh vật nhân chuẩn đơn bào và vi khuẩn (sinh vật nhân sơ). ).
- Plantae – thực vật (chủ yếu là sinh vật nhân chuẩn đa bào, tự dưỡng, sinh sản bằng bào tử)
- Animalia – động vật (dị dưỡng, sinh vật nhân chuẩn đa bào)
- Protista – sinh vật nhân chuẩn đơn bào và vi khuẩn (sinh vật nhân sơ)
Hệ thống phân loại dựa trên: Quan sát (hiện tượng học)
Sự thay đổi quan trọng được đưa ra bởi sơ đồ phân loại này là sự ra đời của Kingdom Bacteria. Điều này phản ánh sự hiểu biết ngày càng tăng rằng vi khuẩn (sinh vật nhân sơ đơn bào) khác rất nhiều so với sinh vật nhân chuẩn đơn bào. Trước đây, sinh vật nhân chuẩn đơn bào và vi khuẩn (sinh vật nhân sơ đơn bào) được nhóm lại với nhau trong Vương quốc Protista. Nhưng Copeland đã nâng hai ngành Protista của Haeckel lên cấp vương quốc.
- Plantae – thực vật (chủ yếu là sinh vật nhân chuẩn đa bào, tự dưỡng, sinh sản bằng bào tử)
- Animalia – động vật (dị dưỡng, sinh vật nhân thực đa bào)
- Protista – sinh vật nhân chuẩn đơn bào (thiếu mô hoặc biệt hóa tế bào rộng rãi)
- Vi khuẩn – vi khuẩn (sinh vật nhân sơ đơn bào)
Hệ thống phân loại dựa trên: Quan sát (hiện tượng học)
Sơ đồ phân loại năm 1959 của Robert Whittaker đã thêm giới thứ năm vào bốn giới của Copeland, Vương quốc Fungi (sinh vật nhân thực thẩm thấu đơn và đa bào)
- Plantae – thực vật (chủ yếu là sinh vật nhân chuẩn đa bào, tự dưỡng, sinh sản bằng bào tử)
- Animalia – động vật (dị dưỡng, sinh vật nhân thực đa bào)
- Protista – sinh vật nhân chuẩn đơn bào (thiếu mô hoặc biệt hóa tế bào rộng rãi)
- Monera – vi khuẩn (sinh vật nhân sơ đơn bào)
- Nấm (sinh vật nhân thực thẩm thấu đơn và đa bào)
Hệ thống phân loại dựa trên: Tiến hóa và di truyền học phân tử (Cladistics/Phylogeny)
Năm 1977, Carl Woese mở rộng Ngũ giới của Robert Whittaker để thay thế Vương quốc vi khuẩn bằng hai vương quốc Eubacteria và Archaebacteria. Archaebacteria khác với Eubacteria trong quá trình phiên mã và dịch mã di truyền của chúng (ở Archaebacteria, quá trình phiên mã và dịch mã gần giống với sinh vật nhân chuẩn hơn). Những đặc điểm khác biệt này đã được thể hiện bằng phân tích di truyền phân tử.
- Plantae – thực vật (chủ yếu là sinh vật nhân chuẩn đa bào, tự dưỡng, sinh sản bằng bào tử)
- Animalia – động vật (dị dưỡng, sinh vật nhân thực đa bào)
- Eubacteria – vi khuẩn (sinh vật nhân sơ đơn bào)
- Archaebacteria – sinh vật nhân sơ (khác với vi khuẩn trong phiên mã và dịch mã di truyền của chúng, giống với sinh vật nhân chuẩn hơn)
- Protista – sinh vật nhân chuẩn đơn bào (thiếu mô hoặc biệt hóa tế bào rộng rãi)
- Nấm – sinh vật nhân thực thẩm thấu đơn và đa bào
Hệ thống phân loại dựa trên: Tiến hóa và di truyền học phân tử (Cladistics/Phylogeny)
Năm 1990, Carl Woese đưa ra một sơ đồ phân loại đã thay đổi rất nhiều các sơ đồ phân loại trước đó. Hệ thống ba miền do ông đề xuất dựa trên các nghiên cứu sinh học phân tử và dẫn đến việc sắp xếp các sinh vật thành ba miền.
- Vi khuẩn
- vi khuẩn cổ
- nhân thực