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Home Appunti e articoli di sistematica Cos'è la sistematica?
Definizioni: sistematica e categorie tassonomiche

Nomenclatura e classificazione degli organismi

La sistematica studia la biodiversità e le caratteristiche dei diversi taxa. Gli organismi viventi vengono classificati adottando le c.d. categorie tassonomiche e la Sistematica ricostruisce la filogenesi, ossia la storia evolutiva di un determinato taxon.

Per tassonomia (dalle parole greche taxis = ordine e nomos = regole) s’intende la scienza che si occupa genericamente dei modi di classificazione degli esseri viventi e non. Con il termine di classificazione si suole indicare la descrizione e la collocazione di un'entità correttamente determinata, all'interno di un sistema tassonomico.

Il primo sistema tassonomico fu messo a punto da Carolus Linnaeus (Linneo) nel settecento (da 1735 - 58) con la pubblicazione di ben dodici edizioni basate sull’uso della nomenclatura binomiale latina, ancora oggi in uso.

Secondo la nomenclatura binomiale latina, ciascun organismo deve essere indicato attraverso l'ultilizzo di due nomi latini (genere e specie), seguiti dal nome dello scopritore e dall'anno in cui la specie è stata scoperta. Affinché siano facilmente distinguibili dal resto del testo, il nome del genere e della specie devono essere scritti in corsivo, il genere deve sempre essere riportato con l'iniziale maiuscola, mentre il nome della specie sempre in minuscolo.

Ciascun genere può comprendere differenti specie e ciascuna può essere identificata come appartenente a quel genere solo se è presente l’epiteto specifico preceduto da quello generico. È infatti possibile che il nome usato per una specie di piante, sia usato anche per indicare una specie di animale. In ambito biologico si ricorre spesso alla nomenclatura trinomiale latina (estensione di quella binomiale) indicando un terzo epiteto, la sottospecie che a sua volta rappresenta un sottogruppo della specie.

Come mai si utilizza la nomenclatura latina e non l'inglese?

La nomenclatura latina è universalmente accettata. Non si potrebbe utilizzare l’inglese, perché certe parole si traducono diversamente in americano, in inglese e/o italiano. Ad esempio, la parola inglese Robin è utilizzata in Inghilterra ad indicare  il “tordo” Turdus migratorius Linnaeus, 1766, mentre negli Stati Uniti si utilizza per il pettirosso (Erithacus rubecula Linnaeus, 1758), due specie assolutamente differenti e universalmente distinguibili solo con l'uso della nomenclatura latina.

Categorie tassonomiche

I taxa sono raggruppati attraverso un organizzazione gerarchica, in cui categorie tassonomiche superiori includono altri gruppi inferiori.   Tale struttura gerarchica fu introdotta dall'ormai noto Linneo, con la pubblicazione nel 1735 dell'opera intitolata "Systema naturae per regna tria naturae, secundum classes, ordines, genera, species, cum characteribus, differentiis, synonymis, locis", ossia "Sistema della natura attraverso i tre regni della natura, secondo le classi, gli ordini, i generi e le specie, con caratteristiche, differenze, sinonimi, luoghi",   in cui venivano classificati ben undicimila specie di piante ed animali.

Le categorie gerarchiche adottate, ciascuna comprendente gruppi inferiori, sono le seguenti:

  • Dominio, categoria tassonomica introdotta di recente e non considerata da Linneo.
  • Regno.
  • Phylum per gli animali (plurale: Phyla), Divisione (per le piante).
  • Classe.
  • Ordine.
  • Famiglia, nel regno animale identificata con il suffisso –idae.
  • Genere e specie.
  • sottospecie indicata sempre in minuscolo ed introdotta con la nomenclatura trinomiale latina.

Il tassonomo che scopre una nuova specie, né identifica il genere d’appartenenza e conia l’epiteto specifico dedicando il nome a sé stesso, scegliendone uno di fantasia, oppure uno che possa in qualche modo ricordare una caratteristica morfologica, comportamentale o semplicemente l’habitat. La coniazione di una nuova specie è attestata mediante una pubblicazione su una rivista o bollettino scientifico, e con l’istituzione di un olotipo da depositare presso un museo o istituto universitario, previa consultazione e approvazione della commissione internazionale ICN. Quando un nuovo autore riprende e scopre nuove particolarità di una certa specie (ad es. distinguendola come sottospecie), si pone il suo nome tra parentesi dopo quello dello scopritore originario.

A partire da Darwin la sistematica è stata caratterizzata non solo dall’esigenza di mettere in ordine le varie forme viventi, ma anche da quella di allestire una classificazione che riflettesse i rapporti evolutivi fra le diverse specie.

Un albero filogenetico cerca di rappresentare i rapporti evolutivi esistenti tra gli organismi partendo da un antenato comune, ciascuna ramificazione corrisponde alla separazione o diversificazione di gruppi tassonomici.

Le fonti di informazione filogenetica sono rappresentate da:

  • Anatomia comparata: consente di identificare le strutture omologhe (strutture simili che si sono poi diversificate) tra specie differenti, derivanti da un unico progenitore.
  • Biologia molecolare: quali sequenze di nucleotidi nelle molecole di DNA ed RNA. Una tecnica particolare, detta ibridazione del DNA, ha permesso di capire che gli individui classificati come Panda maggiore e Panda minore, in realtà sono due specie notevolmente lontane l’una dall’altra, il primo appartiene al gruppo degli orsi, l’altro è molto più vicino ai procioni piuttosto che a gli orsi.
  • Caratteri morfologici.
  • Embriologia: comparazione di caratteristiche embrionali comuni (simili) che ci consentono di capire che gruppi estremamente differenziati, hanno comunque un’origine comune.
  • Paleontologia.

Scuole tassonomiche

La scelta delle caratteristiche da prendere in considerazione per la ricostruzione dei rapporti evolutivi è tutt’ora oggetto di discussione, ma una scuola di pensiero prevale sulle altre: la scuola Cladistica.

ramificazioni e nodi di Felidae, Canidae e Mustelidae

Albero filogenetico di alcuni membri dei Carnivora

Figura modificata da: Di Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Neil A. Campbell, Eric J. Simon, Jane B. Reece, Eric J. Simon; 2008: L'essenziale di biologia. P. P. Bruno Mondad.

 

Come si nota dalla figura, l'albero filogenetico dei carnivori si suddivide in più rami: dall’Ordine Carnivora la presenza di talune caratteristiche permettono la suddivisione o dicotomia dei carnivori in Famiglie (Fam. Felidae, Fam. Canidae e da quest'ultimi la Fam. Mustelidae), ciascuna famiglia comprende diversi generi, ciascuno comprendente differenti specie.

La classificazione che si basa sulla storia evolutiva dei gruppi usando le omologie, si chiama sistematica filogenetica e viene utilizzata sia dalla tassonomia classica (usata sino a pochi decenni fa), che dalla scuola cladistica, entrambe supportate dalle conoscenze biologiche, biochimiche, genetiche ecc.

Scuola cladistica

La scuola cladistica ha l’obiettivo di stabilire i “paletti” per la classificazione degli organismi in modo oggettivo e universale.

Una disciplina che cerca di individuare i cladi (termine derivante dal greco klados, che significa “ramo”), ossia i raggruppamenti di una specie ancestrale e di tutti i suoi discendenti che condividono una determinata caratteristica. Il diagramma filogenetico usato dalla scuola cladistica, assume il nome di cladogramma: ciascun nodo (punto di ramificazione), detto clade, rappresenta la divergenza di due specie a partire da un antenato comune. Le diramazioni presenti nell’albero genealogico sono dette forcelle dicotomiche, in cui si ha la separazione di un determinato clade in base a caratteristiche specifiche che lo differenziano dagli altri. Pertanto il  nodo, origine di un ramo, corrisponde alla comparsa di un’innovazione, ossia una caratteristica unica o carattere derivato primitivo (apomorfi), tipica di tutti gli organismi che appartengono ad un determinato clade. Sono invece detti, caratteri comuni primitivi (plesiomorfi), quelli presenti in tutti gli organismi presi in considerazione ed illustrati tramite il cladogramma.

Un gruppo che comprende un antenato e tutti i suoi discendenti, è detto gruppo o clade monofiletico ed è preso in esame solo dalla scuola cladistica. Viene invece definito, taxon parafiletico, il gruppo (contrapposto al monofiletico) che costituisce solo una parte di un altro e che per esempio comprende un progenitore e solo alcuni dei suoi discendenti; un esempio di taxon parafiletico è rappresentato dagli uccelli. È detto polifiletico, il taxon che comprende più progenitori.

Viene definito outgroup, il gruppo di riferimento esterno, imparentato con i taxa presi in considerazione con cui condivide dei caratteri comuni.

Nella figura seguente il clade monofiletico, costituito da un antenato e dai suoi discendenti, è rappresentato da B.

clade monofiletico

taxon polifiletico

taxon parafiletico

Osservando la seguente figura si può dire:

Figura estratta dall'Università del Maryland - Dipartimento di geologia

L’outgroup del clade dei Vertebrata è rappresentato da un cordato, che condivide con i vertebrati alcune caratteristiche (l’anfiosso). La presenza delle mascelle ad esempio, è condivisa da tutti i Gnatostomi e non è presente nelle Lamprede. La presenza di quattro arti e presente in tutti i tetrapodi, ma non nei condroitti e osteitti. La presenza delle uova amniotiche è un carattere derivato che identifica tutti i tetrapodi a partire dai rettili.

Nella figura riportata di seguito la colonna vertebrale e la presenza della coda sono i caratteri primitivi, che identificano il clade del Subphylum Vertebrata, separandolo dal resto degli organismi appartenenti al Phylum Cordata. La comparsa dei peli, delle ghiandole mammarie e la presenza di eritrociti privi di nucleo, identificano l’intera Classe dei Mammalia che grazie a questi caratteri derivati viene distinta dalla Classe Reptilia (1). Il secondo punto di ramificazione (2) si deve alla comparsa di un altro carattere derivato, la gestazione (sviluppo dell’embrione all’interno del corpo materno) evoluta da un antenato comune del castoro e del canguro. L’ornitorinco, animale singolare dotato di un becco simile a quello dell’anatra, infatti, depone le uova come le tartarughe ed i rettili. Il terzo punto di ramificazione (3) identifica gli ultimi organismi che sono caratterizzati da lunghi tempi di gestazione, nel canguro infatti, l’embrione viene partorito in uno stadio molto precoce e termina il suo sviluppo nella tasca marsupiale.

Punti di ramificazione dei vertebrati in base alla comparsa dei caratteri primitivi

Figura estratta da: Di Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Neil A. Campbell, Eric J. Simon, Jane B. Reece, Eric J. Simon; 2008: L'essenziale di biologia. P. P. Bruno Mondad

Tassonomia classica

È un metodo sistematico ancora comunemente usato, non sempre considera gruppi monofiletici, ma il più delle volte considera gruppi parafiletici. La tassonomia classica oltre a considerare la sistematica filogenetica, le omologie e le ramificazioni, prende in considerazione anche le analogie più significative e gli angoli di ramificazione, cioè il grado di divergenza degli organismi (tasso di evoluzione), ossia il fatto che in un periodo relativamente breve di tempo alcuni gruppi possono aver sommato una serie di caratteristiche che li rende unici.

Nel cladogramma invece, si osserva una sequenza di tempi e non abbiamo identificazione del tasso di evoluzione o grado di divergenza.

Se si considerano i rapporti filegenetici dei vertebrati si può partire dall’antenato comune di: uccelli, coccodrilli, alligatori, lucertole, serpenti, tartarughe e mammiferi. Una prima ramificazione vede la separazione dei mammiferi; una seconda dicotomia porta alla separazione di lucertole, serpenti e tartarughe. È inoltre presente l’antenato comune di uccelli, coccodrilli ed alligatori, questi ultimi sono più vicini alla Classe Aves di quanto non lo siano tutti gli altri rettili. Secondo una interpretazione cladistica, se si volesse considerare un gruppo monofiletico, questo non potrebbe separare i coccodrilli dagli uccelli, perché dovrebbe considerare l’antenato comune e tutti i suoi discendenti. Secondo l’analisi cladistica è quindi assolutamente sbagliata la classificazione classica che considera gli uccelli una classe all’interno del Subphylum dei Vertebrata e considera tutti i rettili un’altra classe comprendente tartarughe, lucertole, serpenti e coccodrilli.

Disaccordo tra analisi cladistica e tassonomia classica

Analisi cladistica in disaccordo con la classica: tradizionalmente la maggior parte dei biologi considera rettili e uccelli appartenenti a classi diverse di vertebrati. Tuttavia basandosi sull’analisi dei caratteri derivati, gli uccelli ed i coccodrilli formano un clade, mentre lucertole e serpenti ne formano un altro. In altre parole, considerando come clade il comune antenato di coccodrilli, lucertole, serpenti e tutti i loro discendenti, allora la Classe Reptilia deve includere anche gli uccelli.

Estratto da: Di Neil A. Campbell, Jane B. Reece, Neil A. Campbell, Eric J. Simon, Jane B. Reece, Eric J. Simon; 2008:

L'essenziale di biologia. P. P. Bruno Mondad.

Il fatto di considerare certi caratteri, come caratteri che si sono evoluti una volta sola può portare a compiere dei grossi errori di classificazione considerando vicini, tutti gli organismi che presentano quella determinata caratteristica.

Vi sono infatti, determinate caratteristiche molto importanti dal punto evolutivo, che probabilmente si sono evolute separatamente in più gruppi. Rappresenta un esempio il cuore a quattro camere, considerato come un carattere derivato che identifica mammiferi ed uccelli mettendoli in una certa posizione nel cladogramma. Il cuore a quattro camere si è evoluto separatamente nei due gruppi, visto e considerato che i mammiferi si dovrebbero essere separati precedentemente rispetto al progenitore di uccelli, serpenti, tartarughe, alligatori ecc. pertanto se considerassimo solamente il carattere derivato, cuore a quattro camere, si costruirebbe un clade formato da mammiferi ed uccelli mentre invece, il cuore con tale morfologia si è evoluto separatamente nei due gruppi e va considerato quindi, come una struttura analoga senza commettere errori sistematici.

Sistema di classificazione a 3 domini e 6 regni

Linneo (1735)

2 regni

Haeckel (1866)

3 regni

Chatton (1925)

2 gruppi

Copeland (1938-56)

4 regni

Whittaker (1969)

5 regni

Woose (1977-90)

3 domini

Cavalier-Smith (1988)

2 imperi e 6 regni

Animalia

Animalia

Eukaryota

Animalia

Animalia

Eukarya

Eukaryota

Animalia

Vegetabilia

Plantae

Plantae

Plantae

Plantae

Protoctista

Fungi

Fungi

Protisti

Protisti

Chromista

Non conosciuti

Protista

Protozoa

Prokaryota

Monera

Monera

Archaea

Prokaryota

Bacteria

Bacteria

Tab. modificata ed estratta da Wikipedia

Originariamente Linneo divise il mondo organico in tre regni: animale, vegetale e minerario.

Dopo gli anni sessanta è stata introdotta una classificazione a cinque Regni, in cui compare un solo regno che include organismi dotati di cellula procariotica (Regno Monera) ed altri quattro regni che comprendono gli organismi con cellula eucariotica (protisti, piante, funghi ed animali).

Nel 1990 grazie agli studi sulle sequenze del DNA ribosomiale, su proposta di Woese C. et al. fu introdotta una nuova categoria tassonomica superiore al regno: il dominio.

Secondo questa classificazione gli organismi sono suddivisi in tre domini e sei regni:

Due domini comprendenti organismi con cellula procariotica (Bacteria ed Archaea); l’altro comprendente organismi con cellule eucariotiche (Eukarya).

Sei Regni che includono: due Regni comprendenti organismi procariotici (Bacteria ed Archaea) e 4 comprendenti organismi aucariotici (protisti, piante, funghi, animali).

La confusione nasceva dal fatto che esistono protisti simili alle piante, a gli animali e ai funghi; il Regno dei protisti, da cui si sono evoluti tutti gli altri Regni, è infatti un “Regno – minestrone” in cui sono compresi organismi molto diversi tra loro sia unicellulari che pluricellulari.

 

I virus??

I virus sebbene abbiano diverse caratteristiche in comune, non sono inclusi negli organismi viventi.

I virus non hanno una struttura cellulare, ma sono costituiti da una molecola di acido nucleico, RNA o DNA, rivestita da una struttura di sostegno proteica, detta capside. Sono parassiti obbligati degli organismi dotati di cellule (sia eucarioti, che procarioti) e sfruttano l'ospite anche per la duplicazione.

 

 

Taxon: termine usato per definire genericamente un gruppo tassonomico. Plurale: Taxa.

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