林奈與他之前:歷史中的分類學
來自專欄恐龍研究筆記
臨近期末,很久沒有上知乎,大家好,我又回來了!
本來想按照歷史順序來講一講這個小主題,但是這樣和大部分的分類學相關的書籍的第一章雷同,讀起來也不是那麼有趣,很容易就寫成了編年史。因此,這一次乾脆倒敘一下好了,先說說林奈,再簡單說說在他之前的古人和他們的分類方法。
林奈,與他的雙名法
任何稍微了解生物學的人對這個名字都不會太陌生,卡爾·馮·林奈(Carl von Linné,1707-1778),雙名法的規範及推廣者(雙名法真正的提出者是Gaspard Bauhin,比林奈早了快200年,但是當時觀點沒有被推廣)。
想想這樣一套規則能夠被使用200多年甚至更久,也是蠻酷的一件事情。雖然今天的「雙名法」的很多規則已經進行了修正,但是大體上還是在沿用林奈的思想:一個物種的學名有兩部分構成,屬名+種名,要使用拉丁語或者拉丁化的辭彙,細節部分這裡就不展開了,感興趣的同學可以參考一下鏈接:
國際動物學命名規則 :
International Commission on Zoological Nomenclature國際植物學命名規則(包含植物,藍藻和真菌)
International Code of Nomenclature for algae, fungi, and plants國際原生動物系統發育委員會
International Committee on Systematics of Prokaryotes國際病毒分類委員會
International Committee on Taxonomy of Viruses在對物種進行命名的同時,林奈改進的分類方法也對整個生物圈進行著劃分,今天比較通用的是從高到低「域界門綱目科屬種」的8個級別,對應的英文分別是Domain,Kingdom,Phylum,Class,Order,Family,Genus,和Species (翻譯真是一件神奇的事情,要是我翻譯的話肯定就是動物王國植物王國,這樣叫起來多有意思)。
現在比較主流的是三域六界(three domains and six kingdoms)的分類系統,包括古菌域,細菌域和真核域,其中真核域里又可以進一步劃分為動物,植物,真菌和原生動物四個界,加起來就是三個域和六個界。當然,存在其他的分類方法,而且對於像病毒,朊病毒這些缺乏細胞結構的生命形式,是否歸類到生物當中也是一個研究的方向,在這裡就不展開討論了。另外,一些更加極端的問題比如其他星球上可能存在的生命的分類地位,或者我們製造出的生命,甚至AI能不能算一種生命都是非常有趣的問題,但在這裡也不展開了。
回到分類系統,以大家比較熟悉的動物來舉例,根據林奈提出的分類方法,我們可以非常有效地對生物進行劃分,例如現代人(Homo sapiens)就被分在動物界(Animalia)-脊索動物門(Chordata)-哺乳綱(Mammalia)-靈長目(Primates)-人科(Hominidae)-人屬(Homo),在不同的時候中間還會加入更多的層級,例如在脊索動物門中劃分出脊椎動物亞門(Vertebrata)等等。而且這一套系統還可以運用到已經絕滅的生物上,例如尼安德特人(Homo neanderthalensis),根據之前提到的命名規則,尼人和我們是同一個屬的不同物種,而且根據發現的化石和古DNA信息,我們可以重建尼人的基因組,了解在基因和形態上兩個物種的區別。
林奈的分類系統中有一些問題,例如他將鯨魚和魚分為一類,其他的不恰當的情況還有很多。但是更大的問題在於,林奈所在的時代,系統性的演化思想還沒有出現,拉馬克的《動物哲學》(《動物哲學:關於動物博物學思考的闡述》Philosophie zoologique ou exposition des considérations relatives à lhistoire naturelle des animaux)出版於1809年,而此時林奈已經去世31年了,達爾文這一年才剛剛出生。因此林奈持有「生物不變」的思想也就不奇怪了。
另外一個分類學中存在很嚴重的問題就是物種學名的翻譯,例如大家熟悉的E. coli 被翻譯成(埃希氏)大腸桿菌,T. rex 被翻譯成(雷克斯)暴龍等等,但是很多不常見不常用的物種就缺乏公認的翻譯,再加上物種命名是會帶有命名者的主觀性和隨意性,對於物種拉丁名的翻譯常常是一件吃力不討好的事情。
林奈之前的分類學
在恩斯特邁爾(Ernst Mayr)的大作《生物學思想發展的歷史(the growth of biological thought: diversity, evolution, and inheritance)》中,邁爾提到:
「這裡應當提到得失必須注意博物學和物理科學歷史發展之間的顯著差別。16世紀,17世紀西方世界經歷了所謂的科學革命,然而這個革命主要限於物理科學,並在較少的程度上涉及部分的功能生物學。博物學和系統學幾乎絲毫沒有受到鄰近科學這種巨大變化的波及……有人認為博物學,幾乎一直到達爾文時代,繼續由柏拉圖和亞里士多德的形而上學統治著,這種看法不無道理。不過還應當加上博物學還受到亞里士多德的另一個思想支配,博物學家精神,即觀察自然的樂趣和對多樣性的強烈愛好。」
根據邁爾的這段敘述,似乎從亞里士多德到林奈之間的1000多年時間裡,人們對於自然界分類和物種的認識沒有太大的進步。亞里士多德曾經按照有血和無血的標準來劃分動物,有血動物又按照腳的數目分為多足動物,四足動物和無足動物。本質上,亞里士多德的分類思想是二分法(dichotomous division),但是顯然「二分法」不是一種完善的分類方式,例如亞里士多德意識到「胎生」(對應「卵生」)就不能構成自然類別。而且鑒定標準的先後順序也會顯著的影響分類結果。亞里士多德已經將有毛的胎生動物(現在的哺乳動物)和冷血卵生動物(兩棲和爬行動物)區分開,但是無血動物(無脊椎動物)中親緣關係很遠的藤壺,海膽,蝸牛依然統統屬於他所謂的甲殼軟體動物。
據信,亞里士多德也有過關於植物分類的著作,但是今天已經遺失。他的學生Theophrastus所著的《植物調查》被認為是植物學的開始。書中的很多分類都來自於民間習俗,很難說有堅實的科學依據。事實上,到今天也一樣,全中國從北到南叫「白菜」的東西可能有不下十種,「地瓜」在不同的地區也會用來指代完全不同的植物,或者說植物的一部分。
在黑暗的中世紀即將結束的時候,印刷術在西方出現了。很快,這一技術就大大降低了知識傳播的成本,也大大提高了知識在傳播過程中的準確性。與此同時,大量的關於動植物分類的書籍出現,而且覆蓋了相當數量的物種和特徵,於是一套系統的分類體系就成為必須。
1583年,義大利的解剖生理學家切薩皮諾出版了他的著作《植物》(De Plantis),這本書被認為是第一本研究植物分類學綜合性方法論的著作。切皮薩諾認為自己是亞里士多德學生Theophraustus的繼承人,依然沿用了樹木、灌木、小灌木和草類的分類體系。當時流行的分類方法被稱為下行分類(downward classification),中心思想是利用一些已於辨認的特徵來對有待分類的東西進行劃分,本質上反映了人們對於上帝創造世界中的秩序和理性的期待。可以看出,下行分類法中最重要的就是特徵(character),也可以叫形狀。關於如何選擇特徵,要不要給特徵加權這一類的問題,今天的分類學中依然存在爭論,但是毫無疑問,下行分類的方法深刻地影響了之後的植物分類學,今天我們使用的檢索表就是這一方法的產物。
與下行分類對應的自然是上行分類(upward classification),這一方法的代表人物是英國的John Ray,法國的Joseph Pitton de Tournefort和英國的Michel Adanson。上行分類會考慮植物的所有部分,而不是通過少數的幾個特徵來區分,另外上行分類也對分類等級(高級分類單元)有著更加明確的定義,這一特點也間接導致在今天的植物學分類中,「科」是一個非常穩定的分類單元。當然,高級分類單元是否存在這一點會在之後的文章中更詳細地討論。
林奈之前的動物學的分類相對植物學落後,主要原因在於研究材料難以保存。植物臘葉標本的製作技術在16世紀中葉就已經成熟,但是動物標本的保存技術直到大約一個世紀之後才逐漸完善。林奈之前比較有代表性的動物學分類學家主要有:
英國的William Turner,1544年出版《鳥類志》(Avium Historia)
法國的Pierre Belon,1555年出版《鳥類博物志》(L』historie de la nature des oyseaux)
瑞士Knorad Gesner, 1551年出版《動物志》(Hitoria Animalium),1553年出版《圖譜》(Icones),1560年出版《命名法》(Nomenclator)
還有很多,在此就不一一列舉了。短短的數千字自然是無法囊括上千年的學科歷史,我也完全省略掉了關於拉馬克,居維葉,布豐等博物學家的內容。關於中國古人在生物分類上做出的貢獻我也完全沒有提到,畢竟現行的整個生物學體系是源於西方,在別人科學大發展的時代我們面臨著科學的斷代,還在現在中國又慢慢向世界科學的前沿邁進。我真的很希望有一天出現中文的可以和現在的Nature,Science比肩的期刊。
如果有興趣,網路上的生物科學史相關文章可謂汗牛充棟,如果這裡能算是一個簡單的引子。
邁爾在《生物學思想發展的歷史》中還提到
」但誰都知道獅子、狐狸、野兔、烏鴉,而且它們是怎樣分類的看來也並不特別重要或令人感興趣。當時有一種賦予動物以道德意義的傳統和對動物的習性深感興趣的風氣,因此新的動物學從一開始就把重點放在現今稱為行為學和生態學方面。當時的確還有一種忠實地印證經典作家的傳統和沉湎於對動物名稱的意義進行語言學分析的學究習氣,另外對旅行家所談的荒唐故事以及存在妖魔怪物的輕信仍然相當流行。「
其實到今天這樣的風氣依然存在,我想大家都讀過《斑羚飛渡》,在特殊的時代背景下為了迎合某種需求去創作的作品,其中帶有明顯的虛構成分。這樣缺乏科學性的讀物對青少年利弊如何,我很難評價。但是我相信,好的科普作品是不會為了趣味性而向科學性妥協的。
從亞里士多德到林奈,再從林奈到今天,分類和物種的概念經歷了從模糊到清晰的過程,到今天我們似乎幾乎已經立刻就能弄清楚什麼是物種了。我們有大量的形態學數據,還可以觀察生物的行為、生態環境、生長過程,還可以在很短的時間用很低的費用獲得一個物種的基因組信息。
最後,強烈推薦恩斯特邁爾(Ernst Mayr)的《生物學思想發展的歷史the growth of biological thought: diversity, evolution, and inheritance》,網上可以下載到中文版pdf。雖然是很老的書,但是對於理解整個生物學的發展過程,特別是在西方不同時代背景下的生物學這個學科和眾多生物學家的生平故事是很有裨益的。真心希望也有介紹中國科學史的著作出現。
首先,限制我們的是自己,其次是這個時代。很難有人超過其所在的時代背景,亞里士多德,林奈,達爾文,他們都做出了超越時代的貢獻,因此也被大家銘記,但是難以避免的,他們的著述中也被深深的打上了時代的烙印。那麼今天,我們是怎樣劃分物種,現在的物種的概念又是什麼樣的?
敬請關注下一章節,我們命名的是什麼:物種的概念
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