化學分類學

化學分類學以研究生物類羣的特性、起源、親緣關係及其系統發育規律的分類學分支，即從分子水平來探討生物進化的一門學科。化學分類學這一名稱是荷蘭生化學家R.海赫瑙爾於20世紀50年代末提出，先用於植物，而今已應用於生物界。

人類在利用植物的過程中,最初,分植物為可吃的、藥用的和有毒的類羣，爾後才逐漸形成植物化學成分與植物的系統位置相聯繫的概念。如中國明代李時珍(1518～1593)在其鉅著《本草綱目》中，按藥物的自然屬性與特徵加以歸類，他把親緣近的屬、種列在一起，如草部之四，濕草類的53種藥物中,有21種屬於菊科,並把 8種蒿屬植物排列在一起。蒿屬種類不僅具有相似的形態，而且多含揮發油，藥物效用也多近似。這種分類方法可以説是中國植物化學分類的萌芽。在國外，S.阿博特於1886年提出“植物類羣的化學成分最好地表明瞭植物界的進化理論”。M.赫洛少夫(1890，1891，1893)認為：比較植物化學是植物的自然相關性與它們的化學組成之間的聯繫方面的知識。莎茨基(1889)提出“生物鹼是較高等的植物有機體的代謝產物，最複雜的生物鹼只有在高級的綱、目、科植物中產生。研究這些生物鹼的特性，必然得出結論──它們是產生生物鹼的植物中間的遺傳聯繫的結果，這種情況強烈地證實科學的植物分類系統的合理性等”。

20世紀初葉後期，出現了植物化學成分與植物系統發育關係內在規律的總結工作。如蘇聯生化學家伊萬諾夫(1926，1961)認為有機體物質進化的主要生化規律有四：

①每一個種在恆定的外界條件下具有製造一定成分物質的特性，這種特性是它的生理化學特徵；

②有相近遺傳聯繫的種有相似的生理化學特徵；

③當生存的外界條件改變的時候，或植物遷移到另外的氣候條件下的時候,其外界條件區別愈大,則生理化學特徵的變化也愈大，植物種內（個體之間特徵）的聯繫因而斷開，出現與原有的繼承性相聯繫的新的特徵：特徵在進化；

④引起生理化學特徵變異的原因是氣候因素──光、温度、水分，在地理上的每一個地方，它們的量與質的結合都是特殊的，所以地球上的植物的生化過程在任何地方也不會重複。С.Л.伊萬諾夫總結的四條規律，可以解釋植物系統發育與所含化學成分演化的關係上的許多現象，但他沒有看到引起植物化學過程改變的不僅是氣候因素，土壤、生物等也是重要因素。60年代以來，由於植物生化資料的積累、尋找藥物及其他輕工、化工原料的要求及成功，尤其是許多新技術主要是各種色譜分析方法和各種電泳技術的發展,以及植物分類本身需要得到更多的特徵,所以植物化學分類學成為生物分類領域中迅速發展的交叉學科。動物的化學分類研究，至今主要在高級階元之間開展，但在種級階元乃至種下羣體的研究報告也已出現。

R.海赫瑙爾於1965年，在其“化學分類學的過去和現在”一文中提出化學分類學研究包括描述化學分類學與動態化學分類學兩部分。前者是分離植物成分，闡明其結構並研究這些成分在植物界的分佈；後者在於對生物合成途徑進行比較研究，從而解決起源於化學特徵的平行性和多樣性的問題。同時還應熟知關於新陳代謝途徑方面和由這途徑產生的植物成分方面的進化趨勢，即發展和退化。

所以，化學分類學的研究內容可概括為：

①對各級分類階元例如科、屬和種所含化學成分（包括主要成分，次要成分和特徵成分）的特性和合成途徑進行比較研究；

②探索各化學成分在生物界中的分佈規律，研究生物體中化學成分的自身進化；

③根據生物所含的化學成分及其合成途徑，配合傳統分類學及有關學科，共同研究生物類羣的起源，如植物起源、動物起源、被子植物起源和哺乳動物起源等。

應用的化合物，通常可以分為三類，即初生代謝物、次生代謝物及帶信息分子。其中初生代謝物是重要的代謝途徑部分，它們中之大多數普遍分佈於植物之中，如烏頭酸、檸檬酸，它們參與呌循環，並存在於所有需氧生物體內。又如構成植物蛋白質的約22種氨基酸，或碳循環過程中所出現的任何糖類等，均無很大的分類學價值。次生代謝產物，在植物中不那麼普遍出現，也正是由於它們有限地在植物中分佈，因而成為有價值的分類學資料。分類上應用的化合物為生物鹼、酚類、β－硫代葡萄糖苷脂、氨基酸、類萜、油等等。儘管對於這些次生代謝物的功能問題，尚存在很大爭論，但就分類學而言，其價值在於它們的分佈，以及它們與其他性狀的相關性。應用植物次生代謝的分佈來改進植物分類系統的論述很多，使分類系統愈益接近其自然演化的實際情況。例如中國植物學家胡先驌1950年提出的胡先驌系統，主張被子植物的起源是多元的，出自若干支派的原始被子植物。單子葉植物也有 3個來源，其中棕櫚類直接起源於種子蕨部。在其他系統中棕櫚目位置都安排較高，但棕櫚目所含生物鹼比較簡單，甘油酯典價低、揮發油之比重和折射率均較小，都説明棕櫚目比較原始。根據精油、生物鹼等在植物界（主要是被子植物）各目、科裏的分佈情況制定的，尤其是近年來新制定的植物分類系統，已更接近植物自然演化的實際情況。帶信息分子，如DNA，RNA，蛋白質等的研究目前尚未到達提供分類學準繩的水平,但有一點是肯定的,分子愈複雜，形成該分子所需的步驟愈多，那末該分子的分佈就愈狹窄，它的分類學價值就愈大。

研究歷史很短，但已使一些疑問得到澄清，部分系統得到改善。如鳥綱中之紅鸛（火烈鳥），以往置於鸛形目或雁形目，但紅鸛之外形及習性介於鸛形、雁形二目之間，經20年研究，用酶法、電泳法分析、比較100種鳥類的卵蛋白後,確定紅鸛為獨立於鸛形目與雁形目的類羣，建立了紅鸛目。北京產的蘿蔔螺以往定為三種或二種，經用圓盤電泳酯酶分析，證實為2種。化學分類學應用於昆蟲分類尚在探索之中,70年代以來出現較多的是對社會性昆蟲(白蟻、螞蟻)的研究報告，應用昆蟲的外分泌腺的揮發性分泌物（如驅避素、警戒素等）探索居羣內、居羣間的親緣關係，進而分析其分類系統關係，但由於社會性昆蟲類型等級複雜，食物的影響，年齡的不同，使取樣難於一致等問題未獲解決,實驗手段尚不足以檢出1毫微克分泌物的水平，致研究成果有限。