Species and taxonomy

欢迎来到物种与分类学！

你好，生物学家们！这一章节的内容是关于我们如何整理地球上不可思议的生命多样性——从最小的细菌到最大的鲸鱼。理解分类（分类学）就像为生物拥有了一套强大的归档系统。它能帮助我们理解生物之间的亲缘关系、演化史以及生命是如何演变出如此多样的形态。如果这些名称看起来很复杂，别担心；我们将一步步拆解这些核心概念！

3.1.10.1 物种的概念

基本单位：定义生命的分类组

生物分类中最基本的单位是物种（species）。当科学家对生物进行分类时，都是从这里开始的。

物种的生物学定义

在你的大纲中，物种是根据繁殖的概念来定义的。

物种是指能够进行交配（interbreeding）并产生可育后代（fertile offspring）的生物构成的最大群体。

• 交配：生物体必须能够配对并繁衍后代。
• 可育后代：这是关键部分。产生的后代也必须能够成功进行繁殖。如果后代是不育的（无法繁殖），那么其双亲则被视为不同的物种。

类比：想想不同的狗品种（比如吉娃娃和大丹犬）。它们看起来非常不同，但它们能够产生可育的后代，所以它们都属于同一个物种：Canis familiaris。

通用标识：双名法

试想一下，如果每个国家对同一种常见的鸟类都有不同的称呼，我们要如何交流呢！为了解决这个问题，所有的物种都在全球范围内使用由卡尔·林奈（Carl Linnaeus）建立的双名法（binomial system）进行标识。

双名由两部分组成：它的属名（genus）和种加词（species）。

• 第一部分是属名（首字母必须大写）。
• 第二部分是种加词（首字母永远小写）。
• 整个名称必须使用斜体书写（如果是手写，则需加下划线）。

例如：

人类是 Homo sapiens。
狮子是 Panthera leo。
普通豌豆是 Pisum sativum。

定义物种的难度（批判性视角）

虽然“交配并产生可育后代”的定义在理论上很棒，但你必须能够认识到定义物种的难度，并能在实践中批判性地审视这一定义。

该定义对于有性生殖的动物效果很好，但在考虑现实世界的例子时，它就会遇到局限：

• 杂交（例如骡子）：马（Equus caballus）和驴（Equus asinus）显然是不同的物种，但它们可以杂交。然而，它们的后代——骡子，是不育的（没有生育能力）。这个例子印证了定义，但也表明自然界中这种界限常受到挑战。
• 无性生殖：细菌或其他进行无性生殖（无需配对）的生物无法通过交配测试进行分类。我们必须仅依赖其他因素，如遗传学或形态学（身体结构）。
• 地理隔离：两组生物可能完全有能力进行交配，但如果它们被海洋隔开，它们在物理上无法接触。它们还是同一个物种吗？按照严格定义，是的，但它们在基因上是相互隔离的。
• 化石记录：在处理已灭绝的生物时，无法观察到繁殖过程。分类必须纯粹基于骨骼形态。

需要避免的常见错误：不要假设如果两个生物看起来不同，它们就是不同的物种。种内变异（物种内的变异，在3.1.6中涵盖）非常巨大！想想生活在阿拉斯加的人类（Homo sapiens）和生活在赤道附近的人类——尽管在外貌和遗传上有很大差异，但他们属于同一个物种。

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物种概念的要点总结：这个定义是我们目前能掌握的最好的定义，但它并不完美，并不适用于每一个生物个体，这迫使科学家必须寻找额外的证据。

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3.1.10.2 生物分类（分类学）

什么是生物分类？

生物分类（Biological Classification）（或分类学，Taxonomy）是根据物种的相似性和差异性将其排列成组的过程。

分类的主要目标是：

1. 将物种排列成反映其亲缘关系的组。
2. 将物种排列成反映其演化起源的组（即它们在血缘关系上的紧密程度）。

分类系统中的每一组被称为一个分类单元（taxon）（复数：taxa）。

分类阶层

分类使用阶层（hierarchy），这意味着它是一个将小群（分类单元）置于大群之内，且各组之间没有重叠的系统。当你沿着阶层向下移动时，群体包含的生物数量会减少，但它们的关系会更加紧密。

七个主要分类阶层（组）

你需要记住正确的标准分类阶层顺序：

1. 域（Domain）（最大的组）
2. 界（Kingdom）
3. 门（Phylum）
4. 纲（Class）
5. 目（Order）
6. 科（Family）
7. 属（Genus）
8. 种（Species）（最小的组）

记忆小贴士（助记词）：一个经典的记忆顺序方法是（英文首字母）：
Dear King Philip Came Over For Great Soup.

你知道吗？属于同一个“目”的生物比属于同一个“界”的生物亲缘关系要近得多，因为“目”是一个更小、更具体的分类。

阐明亲缘关系：分类的现代证据

历史上，生物的分类仅基于形态学（它们看起来的样子）。今天，分类要准确得多，因为我们使用了分子证据。你必须了解两种技术如何帮助阐明分类关系：

1. 基因组测序（DNA/mRNA碱基序列）

遗传物质是最终的蓝图。两个物种的亲缘关系越近，它们拥有共同祖先的时间就越近，因此它们的DNA碱基序列也就越相似。

• 通过比较两个物种之间的DNA碱基序列（或由此产生的mRNA序列），科学家可以量化它们的遗传相似性。
• 碱基序列的微小差异表明了非常紧密的演化关系（例如，人类和黑猩猩共享约98%的DNA）。
• 碱基序列的巨大差异表明这些物种在演化史早期就已经分化了。

2. 免疫学（氨基酸序列）

蛋白质是由DNA编码的，因此分析蛋白质结构是检查遗传相似性的一种间接方法。免疫学专门研究共享蛋白质（如白蛋白）中氨基酸序列的相似性。

该过程涉及使用抗体来测试血液蛋白质的相似程度：

1. 从物种A（例如人类）中提取一种蛋白质（例如血清白蛋白）。
2. 将蛋白质注射到物种B（例如兔子）体内。兔子的免疫系统会将人类蛋白质识别为抗原，并产生针对它的特异性抗体（抗人抗体）。
3. 收集这些抗人抗体，并将其与其他生物（物种C、D、E等）的血液样本混合。
4. 形成的沉淀物（聚集的抗原-抗体复合物）越多，外源蛋白质与原始人类蛋白质的相似度就越高。

例子：如果抗人抗体在与黑猩猩血液混合时产生大量沉淀，而在与蜥蜴血液混合时产生很少沉淀，这证实了人类与黑猩猩的亲缘关系比与蜥蜴更近。