Biological Taxonomy and the Tree of Life
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地球上的所有生物，从微生物到鲸鱼，都可以被归类到一个单一的等级系统中。这个系统在过去300年中发展而来。随着时间的推移，又增加了新的层次，并且关于哪些生物应该归入哪个类别一直存在争议。然而，它已被证明是理解所有生命如何联系在一起的一种极其有效的方法。在本期《每日环球》节目中，了解更多关于生物分类学系统和生命之树的知识。

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这种用两个拉丁词来描述生物物种的系统是在近300年前发展起来的，并随着时间的推移而不断改进，以适应生物学领域的巨大变化，包括自然选择和DNA的发现。在我们现有的系统之前，生物体的分类在很大程度上是非正式的、不标准的，并且基于实际或象征性的特征，而不是系统的原则。

古希腊哲学家，如亚里士多德，早期就尝试过分类。他们根据栖息地（陆地、空气、水）和身体特征（有血的和无血的）对动物进行分组。植物通常根据其用途（药用、烹饪或农业）进行分类，尤其是在亚里士多德的学生、被认为是植物学之父的西奥弗拉斯图斯的作品中。

在中世纪时期，像阿尔伯图斯·麦格努斯这样的学者和像贾希兹这样的伊斯兰博物学家进行了观察，但仍然依赖于描述性的、通常是神学的框架。这些早期的系统通常缺乏一致性、通用名称和清晰的等级结构，更侧重于效用或象征意义，而不是自然关系。被认为是我们今天使用的系统奠基人是瑞典博物学家卡尔·林奈。

林奈于1707年5月13日出生在瑞典的罗斯库特，父亲是路德教会牧师兼业余植物学家尼尔斯·英格马森·林奈，母亲是克里斯蒂娜·布罗德森尼亚。从很小的时候起，林奈就对植物产生了浓厚的兴趣，这受到了他父亲的鼓励，他父亲为药用和烹饪植物种植了一个花园。林奈最初被安排从事神职工作，但他对宗教研究几乎没有兴趣。

他早期的老师们认识到他在植物学方面的天赋，特别是约翰·罗斯曼博士，他鼓励林奈在隆德大学学习医学，林奈于1727年进入该大学。一年后，他转到乌普萨拉大学，在那里学习医学并在植物学方面授课，尽管他当时只是一名学生。林奈的科学声誉通过几次探险而提高，包括1732年的拉普兰探险和1734年的达拉纳探险。

在这些探险中，他收集样本并撰写了他的观察结果。从1735年到1738年，林奈在荷兰、英国和法国停留，与主要的博物学家互动并检查主要的收藏品。这些访问帮助他建立了关系，这些关系后来帮助他的分类系统在整个欧洲传播。要理解林奈对生物学的影响，就必须了解在他建立系统之前生物命名混乱的状态。

在林奈之前，生物体通常用多项式名称来识别。冗长的拉丁语描述性短语通常有10到12个词。不同的博物学家使用不同的系统，使得交流变得困难。同一种生物体在不同地区和语言中可能有不同的名称，这给科学文献带来了巨大的混乱。欧洲的探险大大增加了已知物种的数量，使得现有的分类方法显得不足。

来自美洲、非洲和亚洲的收藏品引进了数千个新的标本，需要系统的组织。林奈的系统改革通过几项创新解决了这些问题。首先是双名法。林奈最持久的贡献是双名法，即至今仍在使用的两部分命名系统。

每个生物体都接受一个属名（总是大写）和一个种名（总是小写）。两者都用拉丁文书写，并在书写时用斜体表示。这种优雅的解决方案用简洁的标准名称（如智人）取代了笨重的多项式。虽然并非完全原创，一些前辈曾尝试过类似的方法，但林奈始终如一地将该系统应用于所有生物体。

他在1758年出版的《自然系统》第10版中为动物编纂了它，在1753年出版的《植物种志》中为植物编纂了它。他的另一个主要创新是创建了一个正式的嵌套等级分类等级。他最初的等级是界、纲、目、属、种。

如果你在学校里接触过分类系统，这与你可能熟悉的系统略有不同。稍后会详细介绍。林奈的系统是一个良好的开端，但它并不完美。科的等级大约在18世纪后期和19世纪初期开始使用，最早是由像皮埃尔-安德烈·拉特雷尔这样的博物学家在19世纪初正式使用的，他是一位法国昆虫学家。

随着越来越多的物种和属被发现，一些属彼此之间的关系比与其他属的关系更密切，这促使人们需要在目和属之间增加一个中间类别。科的类别有助于组织共享明显形态或遗传亲缘关系的属，从而提高分类的精度，并且它在植物学和动物学中特别有用，用于对相关的属进行分组。

门这个等级是在19世纪中期正式引入的，特别是由德国生物学家恩斯特·海克尔在19世纪60年代引入的。随着更多不同生物体（尤其是在无脊椎动物中）被发现和研究，很明显，有些群体过于广泛，无法归入单个纲中，并且过于独特，不能仅仅作为细分。引入了门这个等级来反映动物之间主要的结构和发育差异。

它提供了一个更高的类别来适应大型进化差异。加上门和科，就形成了许多人（包括我自己）从小就了解的系统：界、门、纲、目、科、属、种。然而，还需要一层。

域的等级是由卡尔·乌斯和乔治·福克斯在1990年根据核糖体RNA序列分析引入的。分子生物学方面的进步揭示了原核生物之间深刻的遗传差异，而这些差异仅从形态上是看不出来的，原核生物是没有细胞核的单细胞生物。

乌斯发现，以前被认为是一个单一简单原核生物群体的细菌实际上包含两个根本不同的谱系：细菌和古细菌。这些以及真核生物（所有具有复杂细胞和细胞核的生物体）被置于一个新的高于界的等级中，称为域。

这三个域的系统更准确地反映了细胞和分子水平上的深层进化分歧。这个八级系统是我们目前的系统，它运行得相当好。然而，它也不完美。一个主要问题是并系群的存在，其中一个分类群排除了共同祖先的一些后代。

例如，爬行动物传统上不包括鸟类，即使鸟类是从兽脚类恐龙进化而来的。这导致分类无法反映真实的进化历史，除非鸟类包含在爬行动物中，这挑战了长期以来关于爬行动物是什么的教育和文化观点。

另一个问题是趋同进化的现象，其中不相关的生物体独立地进化出相似的特征。这可能会误导分类学家，尤其是在依赖形态特征时。

一个典型的例子是海豚和剑鱼的相似性，它们都进化出了流线型的身体、背鳍和鳍状肢，这是由于相似的水生生活方式造成的，尽管它们的关系非常远。早期的分类通常将这些生物体放在比仅仅根据外观所保证的更近的位置。物种本身的概念也存在困难。

在有性繁殖的动物中，生物物种概念将物种定义为可以交配并产生可育后代的群体。然而，这种定义在环状物种（如北极圈周围的Larus鸥）中会失效，在环状物种中，相邻种群可以交配，但环状物种的最终种群却不能交配，尽管中间群体之间存在基因流动。

这使得很难划清一个物种的界限。同样，在像细菌这样的无性生物体中，物种概念变得更加模糊，因为繁殖不涉及交配。细菌物种通常由遗传相似性阈值来定义，这可能是有些武断的。原核生物中的水平基因转移进一步使微生物分类复杂化。

基因可以在不相关的细菌谱系之间横向移动，模糊了分类系统试图捕捉的谱系界限。这意味着一个细菌物种可能拥有从生命之树上截然不同的分支获得的基因，使得系统发育树看起来更像网络。虽然DNA测序提供了强大的工具来评估关系，但它也可能推翻长期被接受的分组，

例如，传统的原生生物界被证明是多系群的，这意味着它包含不共享最近共同祖先的生物体。在剩下的时间里，我想回顾一下生命之树上的一些顶级分组。即使我有整个一生，也不可能对生命之树的每个层次进行完整的覆盖。我将简要介绍一些相关的群体，我将来可能会将其中一些群体作为整集节目进行介绍。

据估计，地球上大约有300万到1亿多个物种，通常引用的数字约为870万个物种。而这些仅仅是真核生物。一旦你进入细菌和古细菌领域，甚至很难做出估计，因为一个物种与另一个物种之间的界限可能非常难以界定。因此，正如我前面提到的，有三个域：细菌、古细菌和真核生物。

细菌和古细菌都是单细胞原核生物，这意味着它们缺乏细胞核和膜结合细胞器，但它们在遗传构成、生物化学和进化历史方面略有不同。细菌的细胞壁由肽聚糖构成，而古细菌缺乏肽聚糖，而是具有独特的脂质膜和细胞壁结构。

从基因上讲，古细菌与真核生物的关系比与细菌的关系更密切，尤其是在它们的DNA复制和蛋白质创造机制方面。此外，许多古细菌在极端环境（如温泉、盐湖或酸性栖息地）中茁壮成长，尽管它们也存在于更常见的环境中。真核生物是我们大多数人所熟悉的。我们用感官可以观察和体验到的每一种生命形式都是真核生物。

真核生物域下大约有四个界。它们是真菌界、动物界、植物界和原生生物界。我说大约四个是因为原生生物界（包括变形虫等单细胞真核生物）目前正处于激烈的争论中，一些人将其分成多个界。真菌界包括所有蘑菇、真菌和地衣。植物界包括所有具有由纤维素构成的细胞壁的多细胞光合生物。

动物界是多细胞异养生物，它们消耗有机物质，通常具有专门的组织和在生命某个阶段移动的能力。这包括从海绵到人类的所有动物。因此，如果我们将每个分类级别都放在一起，那么人类的完整分类是什么呢？

我们属于真核域、动物界、脊索动物门、脊椎动物亚门、哺乳纲、灵长目、人科、人属、智人种。生物分类系统是人类试图组织一个动态且经常混乱的自然世界。

它并不完美，而且关于生命形式如何分类经常存在争议。尽管如此，它是一个相当健全的系统，帮助我们理解自然世界，并且已经这样做了近300年。每日环球的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是奥斯汀·奥克顿和卡梅伦·基弗。我要感谢所有在Patreon上支持节目的朋友。你们的支持使这个播客成为可能。

我还想感谢所有活跃在Facebook群组和Discord服务器上的每日环球社区成员。如果你想加入讨论，节目说明中提供了这两个链接。和以往一样，如果你留下评论或给我发来boostagram，你也可以在节目中听到它。