Wat is taxonomie?

Als je een gevederde, tweevoetige beest op het gazon zou zien, wat zou je dan de mensen vertellen die je zag? Een roodborstje? Een merel? Wat dacht je van een dinosaurus?

Vanuit het perspectief van een taxonoom kun je niet fout gaan met dinosauriërs. Volgens taxonomie, de discipline die officiële wetenschappelijke namen toekent aan alle bekende organismen, zijn alle vogels dinosauriërs. "Robin" en "merel" zijn veel voorkomende namen die op verschillende plaatsen verschillende dingen kunnen betekenen, terwijl de clade "Dinosauria" een duidelijke wetenschappelijke aanduiding is - en het omvat ook vogels, die afstammen van de oude reuzen.

In wezen is taxonomie de wetenschap van het benoemen, definiëren en classificeren van "biologisch, evolutionair verschillende groepen organismen", zei David Baum, een botanicus van de Universiteit van Wisconsin-Madison die evolutie en systematiek bestudeert. Stanford University bioloog Paul Ehrlich verwoordt het eenvoudiger in een essay op de website van Birds of Stanford: "Taxonomie ... is de wetenschap van het classificeren van organismen."

De discipline van taxonomie analyseert hoe wezens in verschillende taxa moeten worden gegroepeerd (deze specifieke vogels vormen bijvoorbeeld een soort die verschilt van die ene); bepaalt hoe die taxa moeten worden genoemd (deze vogelsoort is Spinus tristis, de Amerikaanse distelvink, en die is Eudyptes robustus, een kuifpinguïn); en legt uit hoe kleinere groepen samen nestelen tot grotere, zoals hoe verschillende soorten onder één geslacht worden gegroepeerd.

Dit nestelen gaat van soort tot geslacht, en vervolgens omhoog door familie, orde, klasse, stam, koninkrijk en domein. Vandaar huiskatten, de soort Felis Catus, wonen in het geslacht Felis, nestelen binnen de familie Felidae (samen met andere katten, zoals tijgers en bobcats), die op zijn beurt in de volgorde Carnivora zit (met andere carnivoren, zoals beren en walrussen). Deze bestelling nestelt zich in de klasse Mammalia, die ook zebra's, walvissen en mensen omvat. Zoogdieren maken deel uit van de phylum Chordata, die alle gewervelde dieren en meer exotische wezens omvat, zoals de zeespuit. Dit phylum leeft in het koninkrijk Animalia, dat deel uitmaakt van het domein Eukaryota, dat alles omvat met een kern in zijn cellen.

Verwant: Prokaryote versus eukaryote cellen: wat is het verschil?

Taxonomie beslist ook over die tweedelige, binominale naam van genus-plus-soort die wetenschappers gebruiken om formeel een specifiek organisme aan te duiden (Homo sapiens voor ons, Clostridium difficile voor een van onze ongewenste bacteriegasten).

Die definitieve namen maken taxonomie cruciaal voor wetenschappers, vertelde Baum. "We hebben duidelijke communicatie nodig. Dus als ik het over een bepaalde evolutionaire groep heb en iemand anders [ook], dan weten we dat we het over hetzelfde hebben", zei hij. "Dat is de fundamentele reden waarom we taxonomie absoluut nodig hebben."

Taxonomie weerspiegelt evolutie

Inherent aan dat nut is de manier waarop taxonomie organismen groepeert volgens hun relaties. In de moderne taxonomie betekent dit dat evolutionaire verbanden worden beschreven. Een taxonomische groep moet altijd verwijzen naar een reeks organismen die op een bepaald punt in de evolutionaire geschiedenis afstammen van dezelfde voorouder. Soorten binnen hetzelfde geslacht delen allemaal een gemeenschappelijke voorouder. Hetzelfde geldt voor elk geslacht binnen een familie enzovoort.

Taxonomie is zo verweven met de evolutietheorie dat het moeilijk kan zijn om te bepalen wanneer een onderzoeker "taxonomie doet" en wanneer hij "evolutiebiologie doet", zei Baum..

Verwant: Wat is convergente evolutie?

Klassiek houdt een taxonoom zich bezig met taxonomie door de verschillende kenmerken van een organisme of een groep organismen te onderzoeken, ze te vergelijken met bekende voorbeelden en vervolgens, indien gerechtvaardigd, namen opnieuw toe te wijzen of nieuwe toe te wijzen. Een taxonoom kan een reeks exemplaren nemen en potentieel verschillende soorten scheiden, zoals het secretariaat van het VN-milieuprogramma van het Verdrag inzake biologische diversiteit beschrijft.

De onderzoeker zou dan nagaan of deze groepen al namen hadden, soms door eeuwenoude specimenbeschrijvingen te lezen, of te vergelijken met monsters uit musea en herbaria. Ze keken naar externe en interne eigenschappen en analyseerden misschien zelfs DNA. Mochten die vergelijkingen geen overeenkomsten opleveren, dan zou de taxonoom een ​​beschrijving schrijven en een nieuwe soortnaam toekennen in overeenstemming met de ingewikkelde regels van de taxonomische nomenclatuur. Vervolgens zou de bevinding worden gepubliceerd.

Dat werk kan een beetje evolutionaire ontdekking inhouden, meer dan alleen benoemen. In de praktijk doen taxonomen aan evolutionaire biologie, zei Baum. "Ze reconstrueren de evolutionaire geschiedenis. En zo ontdekken ze voortdurend nieuwe evolutionaire relaties tussen organismen."

De onderlinge afhankelijkheid van het veld met de evolutietheorie betekent ook dat taxonomie op zijn beurt moet reageren op evolutionaire ontdekkingen. Groeperingen en namen kunnen dus veranderen, soms dramatisch.

Reptielen omvatten bijvoorbeeld oorspronkelijk hagedissen, slangen, schildpadden en krokodillen. Vogels werden als verschillend beschouwd. Na verloop van tijd ontdekten wetenschappers echter dat krokodillen nauwer verwant waren aan vogels dan aan andere reptielen. (Dit werd eerst gevonden via morfologische studies, maar later goed bevestigd via moleculaire analyse, zei Baum.) Dit liet taxonomen in een dilemma over waar de groepering 'reptiel' naar zou moeten verwijzen, aangezien een van zijn kernleden nu werd gezien als meer nauw verwant aan een buitenstaander, zei Baum.

"Als de taxonomie de evolutionaire geschiedenis niet goed weergeeft, en mensen gaan ervan uit dat dit het geval is, dan hebben ze de neiging om fouten te maken ..."

- botanicus David Baum

Verwant: Zijn vogels dinosauriërs?

Taxonomen hadden de term 'reptiel' kunnen reserveren om te verwijzen naar de niet-krokodillenleden (slangen, hagedissen en schildpadden), aangezien krokodillen nauwer verwant waren aan vogels. In plaats daarvan hebben wetenschappers reptielen uitgebreid met vogels.

Nog verder uitbreidend, accepteerden wetenschappers uiteindelijk dat een groep dinosauriërs, de theropoden, nauwer verwant is aan vogels dan aan andere reptielen. (Bewijs hiervoor is in de loop der jaren gebouwd, te beginnen met de vogelachtige Archaeopteryx in de jaren 1860 en door de ontdekking van vele gevederde dinosauriërs in de jaren negentig.)

Nogmaals, taxonomen hadden de term 'dinosauriërs' kunnen beperken tot die dino's waarvan de vogels niet afstammen. Maar onderzoekers kozen ervoor om de groepering van alle voorheen erkende dinosauriërs, zoals Dinosauria, te behouden, terwijl ze vogels erkenden als de afstammelingen van één dino-tak..

Verwant: Wat is het verschil tussen alligators en krokodillen?

Door te reageren op evolutionaire bevindingen zoals deze, doet taxonomie meer dan de nomenclatuur veranderen: het helpt wetenschappers fouten te voorkomen, zei Baum. "Als vogels taxonomisch gescheiden waren gehouden van krokodillen, zouden biologen de neiging hebben om aan te nemen dat de anatomie en fysiologie van krokodillen zou lijken op die van hagedissen, in plaats van naar de vogels te kijken," zei hij. "Als de taxonomie de evolutionaire geschiedenis niet goed weergeeft, en mensen nemen aan dat dit het geval is, dan hebben ze de neiging om fouten te maken bij het afleiden. Ze hebben de neiging om overhaaste conclusies te trekken."

Wie heeft taxonomie uitgevonden?

Evolutie heeft deze rol echter niet altijd gespeeld in taxonomie. Het huidige hiërarchische, gerangschikte systeem is afkomstig van Charles Linnaeus, een 18e-eeuwse Zweedse botanicus. Linnaeus was het niet eens met de theorie van Darwin - deels vanwege de vergeefbare reden dat die nog niet was uitgevonden. Dus de eerste enorme mijlpaal in de eigen evolutie van de moderne taxonomie, zei Baum, kwam met de integratie van de evolutietheorie. "Sinds Darwin was het de bedoeling om de evolutionaire geschiedenis in het taxonomische systeem weer te geven."

Hoe je dat precies moest doen, bleef echter tot het midden van de 20e eeuw onduidelijk. Vervolgens lieten Duitse wetenschappers zoals Willi Hennig zien dat "als je de evolutionaire geschiedenis wilt weerspiegelen, je alleen namen moet geven aan ... deze groepen die allemaal van een gemeenschappelijke voorouder komen", zei Baum..

Tegenwoordig bepalen deze 'monofyletische groepen', of groepen die afstammen van een gemeenschappelijke voorouder, hoe taxonomen taxa afbakenen, waarbij groepen zich vanaf de boom des levens aftakken van hun gemeenschappelijke voorouders. Daarom moet elk geslacht in een familie een gemeenschappelijke voorouder delen, enzovoort. "Net als bij een gewone boom, stel je voor dat je een tak grijpt en zegt: 'Nou, alles wat er op deze tak zit, we gaan het een naam geven,' zei Baum. Dat is een monofyletische groep.

Andere belangrijke gebeurtenissen in de eigen evolutie van taxonomie dienden om de inzichten van Darwin en Hennig te versterken. De komst van DNA-analyse heeft wetenschappers geholpen om nauwkeuriger te meten hoe verwante organismen zijn, en sindsdien hebben sprongen in rekenkracht die genetische ontdekkingen versneld, zei Baum.

Het probleem met klassieke taxonomie

Maar temidden van dit glanzende, moderne computertijdperk behoudt taxonomie sporen van zijn eeuwenoude wortels - die sommige wetenschappers, waaronder Baum, bagage noemen..

De binominale namen kwamen om te beginnen voort uit Linnaeus 'pre-darwinistische denkwijze. Over Linnaeus zei Baum: "De geslachten waren wat God schiep, en na de schepping waren er enkele herrangschikkingen die verschillende soorten van het geslacht voortbrachten. Dus het geslacht was het soort - 'geslacht' betekent 'soort' in het Latijn - [ en] soorten waren de variëteit, de wijziging daarvan. "

Dus het naamgevingssysteem dat ons Homo sapiens en Tyrannosaurus rex geeft, weerspiegelt een creationistische visie, zei Baum.

Verwant: Waarom creationisten eerder geneigd zijn om samenzweringstheorieën te kopen

"Een klasse slakken kan niet zinvol vergeleken worden met een klasse vissen."

- fylogeneticus Ronald Jenner

Voor Baum en anderen weegt de 'bagage' van taxonomie het hele classificatiesysteem, vooral vanwege de rangen. De belangrijke informatie in taxonomie, zo stellen deze wetenschappers, is dat afgebakende groepen een gemeenschappelijke voorouder delen, niet of ze nu als geslacht, stam, familie of orde tellen. Dergelijke ranglijsten suggereren een gelijkwaardigheid tussen taxa die niet overeenkomt met de realiteit, zei Baum.

De ene phylum zou bijvoorbeeld een heel ander bereik van diversiteit en tijdlijn van evolutionaire divergentie kunnen hebben dan een andere, ondanks dat beide phyla zijn, schreef Christie Wilcox in Quanta. "De gelederen betekenen niets specifieks of uniforms voor alle levensgroepen", schreef ze.

"Een klasse slakken kan niet op betekenisvolle wijze worden vergeleken met een klasse vissen", vertelde fylogeneticus Ronald Jenner van het London Natural History Museum aan Quanta..

Een alternatief systeem zou organismen kunnen classificeren op basis van hun monofyletische groepen - de geneste taxa die gemeenschappelijke voorouders delen - zonder rangnamen toe te kennen. 'Je zou nog steeds de Mammalia hebben. Het zou gewoon geen vraag zijn, is de Mammalia een bevel, is het een phylum, is het iets anders?' Zei Baum. 'Je zou een student nog steeds kunnen leren dat dit de grote groepen zijn die je moet begrijpen zonder te suggereren dat ze enigszins vergelijkbaar zijn - weet je, dit gezin en dat gezin hebben als gezin iets gemeen. Omdat ze dat niet doen.'

Verwant: Astronauten brachten 6 nachten door in een pikzwarte grot en kwamen tevoorschijn met een gloednieuwe soort schaaldier

Een grote stap in de richting van een dergelijke taxonomische hervorming is onlangs gekomen, met de publicatie van de nieuwste versie van PhyloCode in 2019. Dit project heeft tot doel "het nomenclatuurlijke systeem opnieuw te ontwerpen zodat u de juiste naam van een taxon [groep verwante organismen] kunt bepalen, onafhankelijk van de rangorde, 'Zei Baum. Volgens dit systeem zou "Mammalia" misschien niet als een klasse worden gedefinieerd, maar als al die organismen die een meest recente gemeenschappelijke voorouder delen met mensen en vogelbekdieren, zei Baum. De naam Mammalia zou nog steeds verwijzen naar een groep met een gemeenschappelijke voorouder, maar er zou geen rang als "klasse" zijn die ten onrechte suggereert dat de groep vergelijkbaar was in grootte of diversiteit met andere klassen.

Om dit alternatieve systeem op te bouwen, is echter een enorme database met fylogenetische definities nodig - definities van groepen die nauw verwant zijn. Dat is een enorm, lopend project, zei Baum. PhyloCode blijft controversieel onder biologen en taxonomen, en de inspanning zal worden voortgezet naast de traditionele classificaties, definities en nomenclatuurlijke veldslagen die taxonomen al eeuwenlang bezighouden. Dus voorlopig wenden wetenschappers zich nog steeds tot de traditionele vorm van taxonomie om pas ontdekte soorten hun naam en hun plek op de boom des levens toe te kennen..

Aanvullende bronnen:

• Vind taxonomische informatie over Noord-Amerikaanse organismen in het Integrated Taxonomic Information System van de Amerikaanse overheid.
• Lees meer over taxonomische "vandalen" in Smithsonian Magazine.
• Lees meer over het PhyloCode-project van de International Society for Phylogenetic Nomenclature.