生物系統學

從1940年前後開始，對種的細胞遺傳學的研究有了很大的進展，另因為遺傳性狀可由生態環境進行修飾，而作為從實驗上得以闡明的實驗分類學的手段也被應用起來，所以“biosystema-tics”一詞也有被譯為種分類學的。同時更特殊化的是，有的是以雜種第一代（F1）的繁殖度作為分類羣植物關係的客觀方法（biosystematy）。

生物系統學（systematics or biosystematics）源於拉丁化的希臘字systema，由早期著名的瑞典自然學家林奈（Linnaeus）應用於分類系統。生物系統學是生物學最基礎的支撐學科之一，它系統地研究生物、生物的層次系統，其研究成果是生物的分類系統，這是研究生物學其他問題的基礎。Simpson（1961:7）給生物系統學定義如下："Systematics is the scientific study of the kinds and diversity of organisms and of any and all relationships among them.“ 由於“多樣性”一詞已經有了多種多樣種類的含義，所以我們可以從Simpson的定義中總結出兩個核心：一個是生物種類的多樣性，另一個是生物之間各種關係的多樣性。從生物系統學的任務和研究範疇上看，它所研究和探討的始終是與物種相關的問題。

生物系統學有時也譯成系統生物學（systematics biology），但與熱門學科系統生物學（systems biology）不是同一概念，可能正因此，生物學家出身的系統生物學家（systems biologist）貝塔朗菲提出“有機體生物學（organismic biology ）”並定義“有機體”為“系統”（systems）與“整合”概念。系統生物學通常也簡稱為系統學（systematics）、分類學（taxonomy）或分類（classification），在本世紀前期一般認為分類學和系統學是同義詞，但近年來系統學、分類學和分類的概念逐漸趨向於有所區分。但這三者在一定範圍中交迭是無可避的。

現代生物系統學在解決物種或物種以上的分類單元之間的相互歷史關係時，曾有所謂三個學派之説，即進化系統學（evolutionary systematics）、數值分類學（numerical taxonomy）、支序系統學（cladistics）。這三個學派曾經涇渭分明，人們可以分清和評價三者分歧的焦點及其優缺點，但近年來隨着爭論日趨深入，各家紛紛摒棄自身之疵，博採它家之瑜，開始自我完善、自我進化。在生物系統學理論這個博大的信息域中，由於中心問題不斷深化，項目不斷變化和重組，對立學説的不斷競爭和進化，再談確認各家學説之徑渭已不再是容易之舉。生物系統學理論正醖釀着一場動人心絃的革命，一個包容了各種學説中不可反駁的內容，具有更多經驗內容，更易為觀察和實驗驗證，具有高度預見性的生物系統學新理論正在誕生。

生物系統學是研究物種的發生系統和分類系統的學科，對歷史和現有生物物種進行發現、描述和分類。生物系統學家的任務就是發現、描述和理解地球上的物種，努力尋求下列問題的答案:地球上有那些物種？它們在那裏發生？具有怎樣的特性？相互間的關係？依據這些知識，系統學家提出生物分類系統，作為所有生物學知識的基礎，併為推估己知或有待發現的生命形式的特徵提供框架。

系統學的實踐包括：標本採集（包括生物學觀察和記錄）整理、歸類、登記和入館，標本鑑定、性狀分析、描述及發表，標本數據庫和物種數據庫的建立。系統學的理論包括：分類單元等級劃分，物種特徵分析，地理特徵分析，自然類羣親緣關係分析及起源和演化的推估。其成果有助於確定和劃分生物地理區劃、特有性豐富地區、羣落類型及進化輻射中心。系統學家往往也是某一生物類羣的專家。在野外考察和採集過程中，觀察和積累了豐富的生物學知識，有時進行一些室內飼養和生物學試驗。在分類論文和專著中，除了一般的記述 （種名及文獻引證、形態特徵、鑑別特徵、標本採集信息、分佈、檢索表等），常常也包括有關物種的生物學記述（如棲息地類型、寄主、取食行為、繁殖行為、發生歷期及代數、多度估計等）。隨着生物學研究技術手段的發展和提高，系統學家越來越多地採用先進的研究技術手段 （如計算機、顯微掃描電鏡、PCR的應用，細胞染色體和核型分析技術生化技術等），嘗試建立計算機自動檢索和分類專家系統。標本館更多地引進計算機管理。許多機構己開始或計劃將標本和分類信息輸入數據庫，使用GIS數據分析處理及開展國際範圍的計算機聯網和數據交換。可以預料，隨着計算機多媒體技術的引入和發展，亦將帶動系統學的發展和知識傳播。 ^[1] 

生物系統學知識是監測全球變化的基礎。作為生物系統學研究基礎的標本收藏能夠提供有關生物羣落和生態系統變化的記錄。因為這些標本收藏包含着不同物種存在和鑑別的原始科學依據，是物種絕滅的最可靠的記錄。若無物種存在和發生的科學記錄，就不可能準確估計生態變化和物種絕滅。生物系統學為生物多樣性危機提供可靠度量。著名的例子是通過對標本館收藏鳥類標本羽毛中水銀的含量分析，發現了環境污染與某些鳥類種羣衰減的關係。在利用指示種進行全球變化監測方面，準確的物種鑑定是必需的。所有的羣落都含有對特別環境變化極其敏感的某些物種。例如，某些兩棲動物和苔蘚對空氣質量的變化特別敏感，水生羣落中有些魚種對水體純淨度變化高度敏感而一些蝴蝶對棲息地植被變化敏感。這些物種可被用作環境監測的指示物種。這類監測可行與否取決於對有關物種的準確鑑定和描述、對其分佈詳情及關係密切物種的認識。地球上各種棲息地和生態系統都含有種類豐富程度不同的物種，各個物種彼此間關係錯綜複雜。生態學家和資源管理專家應側重研究這些關係的動態變化規律。但由於人們對所研究物種的鑑定及其分佈存在着認識上的差異，加上對這些棲息地和生態系統功能的基本描述的不完整，因而影響到研究的可比性。有必要進行深入的系統學研究，準確地鑑別和描述地球上形形色色的生物羣落中發生的物種，這類信息對用來確定自然監測的基準是關鍵的。世界自然保護監測中心（WCMC）的有關項目（包括其監測系統的設計）很大程度涉及生物系統學的內容，並有系統學家參與，説明了生物系統學對自然監測的重要性。

生物系統學在自然保護中的應用

生勿系統學在自然資源管理和保護中起着基礎作用。負責保護區生物多樣性管護的管理人員需要清楚所保護的物種及其地理分佈，以便設計和實施有效的對策。系統學提供了物種鑑別和需要採取特殊保護物種的信息。規模巨大的動植物國際貿易也迫切需要準確的系統學資料，這些資料有助於瀕危物種國際貿易公約（CITES）的實施。系統學信息還可直接應用於自然保護區的選擇和規劃，近年來在歐美生物系統學界這是一個熱門研究題目。設置自然保護區的目的是保護生物多樣性及生態環境。對於物種多樣性的保護，經常需要考慮下列三個問題： （1）如何測度某一保護區的物種多樣性？

（2）怎樣利用保護區物種多樣性的互補性，達到利用有限數量的保護區儘可能的多保護物種多樣性？

（3）如何選擇設計保護區，達到利用最少數量的保護區覆蓋某一類羣的全部物種？

其中第一和第二個問題是針對保護區的物種多樣性，第三個問題是針對某一具體類羣的物種多樣性。物種多樣性的最簡單測度是物種丰度。因為各物種存在差異，彼此不等，比如，一些物種相對珍稀，另外一些物種可能屬於進化上的孑遺種，還有一些物種可能是特有種。它們可能屬於生物演化譜系中的罕見物種譜系。所以，衡量一個保護區的物種多樣性，不僅要考慮物種的種數，還應考慮到物種的差異。Williams等人結合利用現代生物系統學支序分析的結果，提出了可以反映物種在系統演化意義上的差異即分類多樣性的計算方法。分類多樣性的測度的基礎是支序分析。對上面第一個問題的回答可結合物種丰度和分類多樣性各項測度來作出，並應考慮該保護區的物種特有性。對第二個問題的回答是在回答了的第一個問題的基礎上，再結合考慮動植物的區系互補性，排出保護區的優先序列。對第三個問題的回答，首先分析有關類羣在各有關保護區的分佈情況包括特有性，再結合物種的分類多樣性測度，考慮到保護區間物種的分佈互補性，提出全面保護該類羣的物種多樣性的保護區優先序列。為了方便進行以上分析，Williams編制了一個計算機程序WORLDMAP。 ^[2] 

近年來，隨着政治經濟全球化進程的加快，以及履行《生物多樣性公約》的要求，生物多樣性信息，包括生物系統學的信息，全球和全社會共享的要求越來越強烈。為此，一些國際組織應運而生，着手建立全球性的信息數據（庫）系統，以開展多方位的信息共享，並取得了一定的進展。

1.綜合生物系統信息系統（Integrated Taxonomic Infoimation System，UTS）是一個關於北美洲和全球的動物、植物和微生物物種的綜合數據庫，主要提供分佈於北美洲陸生和水生生物體的各個分類階元的名稱信息，由美、加、墨等國政府機構合作，並有其他的組織和科學家參與建設。已經可以在網上査詢分佈於北美的大部分生物類羣的名稱信息，世界範圍的信息數據庫正在建設中。

2.物種 2000 （Species 2000）是由18 個生物系統學專業數據庫發起並組成的聯邦式國際組織，建立了一個世界已知物種的名錄。它計劃在2010年前完成全世界所有已描述物種，包括動物、植物和微生物的清單，作為全球生物多樣性研究的基礎數據。已經在網絡上提供一個統一的檢索入口，提供多個專業子庫的並行綜合査詢，每年出版一個光盤版數據庫。

3.全球生物系統學行動（Global Taxonomy Initiative，GT1）是《生物多樣性公約》締約國大會提議發起的一個全球性項目。公約各締約國認識到在當前合理管理生物多樣性的過程中存在着生物系統學上的障礙，即缺乏足夠的生物系統學知識、專業的分類學人才和標本館管理員，且這些欠缺制約着我們保護、利用和共享生物多樣性的可能性。GT1的目的是彌補分類信息的不足，為生物系統學知識缺乏的地區提供專業幫助，以支持生物多樣性保護、持續利用和平等共享的科學決策。G1T支持的活動必須與履約緊密相關。

4.國際生物系統學網絡（BioNET INTERNATIONAL）是一個以區域技術協作網（Technical Cooperation Netwoiks，TCNs）為基礎的覆蓋全球的生物系統學知識能力建設的協作網絡，在互惠的基礎上提供現有生物系統學知識資源的彙集、共享和優化，提倡區域內的發達國家幫助發展中國家獲得生物分類信息、專家知識和新技術。BioNET現已形成120多個國家、1000多個研究機構參加的專業協作網絡，其中東亞局域網（EASIANET）於2002年7月開始正式運行，中國科學院動物研究所是東亞局域網的協調研究所（Network Coordinating Institute，NECI)。

5.全球生物多樣性信息設施（Global Biodiversity Infomiatian Facility，GBIF）是一個由多個數據庫系統和信息技術工具所組成的可實現互操作的網絡系統，幫助用户從海量的信息中定位所需的生物多樣性信息，從而使各國在經濟、環境和社會等方面獲得利益。建立GBIF的目的是在一個知識產權和權利分佈合理的框架下，設計、實施、協調、提髙全球生物多樣性數據的彙編、連接、標準化、數字化和傳播。 ^[3]