Introduction toIntroduction to Systematic BotanySystematic Botany

• 분류 : 사물의 실체를 파악하기 위한 가장 빠른 접근법. 잘된 분류를보면 대상을 체계적으로 쉽게 인식할 수 있다.

• 수학적, 논리적 의미의 좋은 분류1) 분류의 단위가 명확해야 한다.2) 분류의 대상 및 범위가 명확해야 한다.3) 어떤 기준으로 분류된 각각의 대상은 오직 한 군에만 속해야

한다 (중복금지)한다 (중복금지).4) 분류 후 어떤 군에도 속하지 않는 나머지가 생기면 안된다.

What is the problem?What is the problem?

• Cuscuta australis R.Br.실새삼실새삼

사물탕 四物湯당귀(當歸)

Angelica gigas Nakaig g g

숙지황(熟地黃)

Rehmannia glutinosa (Gaertner)LiboschitzRehmannia glutinosa (Gaertner)Liboschitz

천궁(川芎)

Cnidium officinale Makino

작약(芍藥) ( )

Paeonia lactiflora var. hortensis Makino

• What is Systematics?

- A study of classification, including its bases, principles, procedures and rules (A.P. de Candolle 1813).

- A scientific study of the kinds and diversity of organisms and of any and all relationships between them (Simpson 1961).

- A science that includes identification, nomenclature, and classification of objects (Lawrence 1970).

- A study aimed at producing a system of classification or organisms which best reflects the totality of their similarities and differences (Cronquist 1988)(Cronquist 1988).

• Systematic botany (植物系統分類學): broad field concerned with the study of the diversity of plants and theirconcerned with the study of the diversity of plants and their identification, naming, classification, and evolution (Jones, 1986)※ Taxonomy (分類學) : restricted to the study of classification

including theoryincluding theory

Phylogenetics (계통학)

여러 분류군들 간의 진화적 유연관계를 연구하는 학문

The study of evolutionary relatedness among various groups of

organisms (e.g., species, populations), which is discovered through

molecular sequencing data and morphological data matrices.

Phylogenetics is that branch of life science that deals with the study

of evolutionary relations among various species or populations of

organisms, through molecular sequencing data. g , g q g

Morphology Phylogeny

형태학 계통학

Morphology Phylogeny

정보학

Genetics InformaticsModern유전학

Proteomics GenomicsTaxonomy 유전체학

유전학

Developmental

현대 분류학단백질체학

Developmental Biology

Evolution

진화학발달생물학발달생물학

Basic Terms• Taxon (분류군; pl., taxa):

분류의 단위. 다른 무리와 구별되면서 공통된 특징을 공유하고 있는 생물들의 무리. convenient and useful term applied to any taxonomic group at rank

• Category (범주=rank)유연관계에 따라서 분류된 높고 낮은 수준의 분류군들을 배치하는 분류학적 등급으로, 界(kingdom), 門(division), 綱(class), 目(order), 科(family), 屬(genus), 種(species)의 주된 범주(major rank)들이 있다.( j )a level within a hierarchy or the location of a category in the taxonomic hierarchy, as genus between family and species within the classification system

• Hierarchy (계급 분류체계)Hierarchy (계급, 분류체계)an arrangement of items한 단계 높은 것은 아래 단계의 것을 모두 포함하는 일련의 범주--> Hierarchy within the classification for organisms refers to an ascending series of levels or ranks with the one above being inclusive with all belowranks with the one above being inclusive with all below.

• Nomenclature (명명)국제식물명명규약에 의해 분류군의 학명을 정하는 것.

li ti f t t i d ith th I t ti l C d f B t i lapplication of names to taxa in accordance with the International Code of Botanical Nomenclature (ICBN ≠ InterContinental Ballistic Missile)

9-9

분류의 범주( k t )들분류의 범주(rank, category)들

• Identification (동정, 감별 = determination)특정 분류군의 이름을 밝힘.recognize characters of certain taxon and apply a name on it.

• Description (기재)생물의 특징을 분류학적 용어와 수치를 사용하여 기술함.listing of all features or morphological characteristics referred to as taxonomic characters.

• Diagnosis (진단)기재 중 다른 분류군으로 부터 한 분류군을 분리해 낼 수 있는 중요한 기재들기재 중 다른 분류군으로 부터 한 분류군을 분리해 낼 수 있는 중요한 기재들.a shortened description consisting of only those taxonomic characters useful in separating a taxon from other related taxa.cf., diagnostic characters

• Key (검색표)진단 형질들을 이용하여 분류군을 검색하여 동정할 수 있게 작성한 표.cf., Key of Magnolia in Korea

• Manual (도감) 생물들의 이름과 특징, 그림, 사진, 검색표 등을 기록하여 특정 생물을 동정을 도울 수 있게만들어진 책. cf., Plant manual, Bird manual

• Flora (식물상) and Founa (동물상)한 지역의 동물 또는 식물들을 조사하여 그 종류와 기재를 묶어놓은 책. Manual 보다는 더욱 전문성을 띤 의미.

c.f., Flora of China, Founa of Korea

• Revision (재고찰) 여러가지 분류학적 문제점을 갖는 특정 분류군에 대하여 문헌조사와 표본관찰을 통하여재조사하여 정리하는 것재조사하여 정리하는 것. cf., taxonomic revision of Scutellaria

• Monograph (편람; 便覽)특정 분류군에 대한 리스트, 분류사, 이명처리, 분류체계, 기재, 검색표 등 가능한 모든 분류, 계통학적 정보를 정리하여 모아놓은 것. cf., monographic study of Magnoliaceae

• Botanical garden (식물원) 식물을 살아있는 채로 보존하여 연구하고 전시하는 곳. cf., Missouri Botanical Garden

• Herbarium (식물표본관) (식물표본관)식물의 표본들을 축적하고, 분류체계에 따라 배열하여 특정 식물들에 대한 분류학적 연구또는 특정 지역의 식물에 대한 분포적 연구를 가능하게 하고, 각종 식물관련 연구들의 증거표본을 보관하는 곳. (Sungshin Women’s University Herbarium: SWU)

• Herbarium sheet (식물표본) 식물을 눌러 말려 일정 크기의 종이에 붙여 놓은 것.

• Relationship (유연관계)Relationship (유연관계)“서로 얼마나 가까운가”를 나타냄. 형태적(표현적) 유사성에 의한 유연관계(phenetic relationship)와조상-후손의 계보(계통)에 따른 유연관계(phylogenetic relationship) 등으로 표현됨.

• Species (種)?????? later…

식물분류학의 목적(이유성 2002)식물분류학의 목적(이유성, 2002)

• 식물군을 동정하고, 명명하고, 기재하는 유용한 방법을 제공하고,

• 자연적 또는 계통적 유연관계를 반영하는 분류체계를 정립하고,

• 식물군의 목록을 작성하고, 지역적 또는 대륙적 식물상을 밝히고,

• 식물의 진화과정과 유연관계를 밝히고• 식물의 진화과정과 유연관계를 밝히고,

• 생물학의 여러 분야의 증거를 수집하여 식물의 다양성과의 관계를

밝히며,

• 궁극적으로는 우리가 살고있는 세상에서 식물이 차지하는 소중한 역

할을 이해하고 보전하며, 아껴쓰는 지혜를 찾기 위함이다.

OBJECTIVES of SYSTEMATIC BOTANY(Jones, 1986)

1) to inventory the world's flora1) to inventory the world's flora

2) to provide a method for identification and communicationp

3) to produce a coherent and universal system of classification

4) to demonstrate the evolutionary implications of plant diversity

5) to provide a single "scientific" name for every group of plants in the world both extant and fossilof plants in the world, both extant and fossil

분류학의 단계적 구분Alpha, Beta, Gamma (omega) taxonomy

Alpha taxonomyexploration and discovery탐험 발견단계 1400년대에 시작 1800년대에 절정을 이루고 오탐험, 발견단계. 1400년대에 시작, 1800년대에 절정을 이루고, 오

늘날까지 계속되고 있고, 음.Beta taxonomysynthesis phase정보의 합성 단계. 특정 지역이나 국가의 표본들이 축적되면 분류

군 별로 형태적 정리가 이루어지고 monograph가 작성됨 18세군 별로 형태적 정리가 이루어지고, monograph가 작성됨. 18세기 말부터 시작.

Gamma (Omega) taxonomycombining of data for interpretation of phylogeny and evolution.해당 분류군의 가능한 모든 정보를 종합하여 계통과 진화에 관한

문제를 다룸문제를 다룸.

분류학의 단계적 구분분류학의 단계적 구분

1) 탐험, 개척단계 alpha phase2) 종합, 정리단계 alpha phase3) 실험단계 omega (or gamma) phase4) 백과사전적 단계 ( ) h4) 백과사전적 단계 omega (or gamma) phase

i) Megamorphic period (거대형태학 시기)ii) Micromorphic period (미세형태학 시기)iii) Evolutionary period (진화 시기)iv) Cytogenetic period (세포유전학 시기)) Bi h i l i d (생화학 시기)v) Biochemical period (생화학 시기)

vi) Gemomics period (유전체 시기)

Predictive value (예지적 가치)Predictive value (예지적 가치)

분류를 하는 이유는 좋은 분류를 했을 경우 한 그룹 내에

속하는 일원은 다른 분류군들 보다 비슷한 성질을 갖속하는 일원은 다른 분류군들 보다 비슷한 성질을 갖

게 된다. 그러므로 분류체계에 속한 분류군의 알지 못

하는 여러가지 특징 특성 성질 등을 예측할 수 있다하는 여러가지 특징, 특성, 성질 등을 예측할 수 있다.

- 분류학은 새로운 정보들에 의해 계속적으로 수정되어

나가는 역동적 학문임.

Constructing a classification by phylogenetic school

- Named groups are monophyletic

Constructing a classification by phylogenetic school

g p p y- Ranking: Ranks are arbitrary

A B C D E A B C D E A B C D E

Monophyletic groups

Paraphyletic groups Polyphyletic groups

Constructing a classification by phylogenetic school

- Named groups are monophyletic

Constructing a classification by phylogenetic school

g p p y- Ranking: Ranks are arbitrary

A B C D ESubgenus AB(S i AB)

Genus ABCDE

S ti

(Section AB)Species Species A

Species B

SubgenusSubgenus CDE

Section

Section C

Species B

Section DESpecies C

Species D

Genus

Species DSpecies E

Constructing a classification by phylogenetic school

- Named groups are monophyletic

Constructing a classification by phylogenetic school

g p p y- Ranking: Ranks are arbitrary

A B C D ESubgenus AB(S i AB)

Genus ABCDE Genus ABCDESubgenus AB

(Section AB)Species ASpecies B

SpeciesSpecies ASpecies B

S b Subgenus CSubgenus CDESection C

Species B

Species CSubgenus Subgenus C

Subgenus DE

Section DESpecies C

Species D

Species DSpecies E

Genus

Species DSpecies E

Constructing a classification by phylogenetic schoolConstructing a classification by phylogenetic school

- Named groups are monophyleticg p p y- Ranking: Ranks are arbitrary

M li A

A B C D E

Magnoliaceae

A B C D E

Annonaceae

Species

Subgenusg

Genus

Constructing a classification by phylogenetic schoolConstructing a classification by phylogenetic school

- Named groups are monophyleticg p p y- Ranking: Ranks are arbitrary

M li A

A B C D E

Magnoliaceae

A B C D E

Annonaceae

Species

Subgenus

Genus

F i k “ h ”Frequent mistake: “others”

Group C: others

Group BGroup A

“Others” are dangerous

A B C • Phenetic relationship(표현론적 관계)

시간

(표현론적 관계)

(A(B,C))

D• Chronistic relationship

(시간적 관계)

(D, (A,B,C))

• Cladistic relationshipCladistic relationship(분지적 관계)

((A,B)C)(( , ) )

• 종이하의 분류군 또는 집단간의관계와 같이 낮은 rank의 분류군에서는 phenetic relationship =에서는 phenetic relationship = cladistic relationship이 될 가능성이 많지만 상위 rank에 있어서는phenetic relationship은 cladisticrelationship과 달라질 가능성이

변이

relationship과 달라질 가능성이많다.

Cladistic relationshipCladogram [분지(계)도]= Cladogram [분지(계)도]

Phylogenetic relationshipy g p= Phylogram (계통도)

9-20

Convergent evolution (수렴진화):

서로 다른 진화계통들에서 독립적으로 비슷한 특징들이 진화하는 것을 의

미하며 대개 서로 다른 선행 특징들로부터 진화하거나 또는 다른 발생 경로

에 의해 진화한다.

.

Which of these xerophytes is a cactus and which one is a euphorbia?

Parallel evolution (평행진화):

관계가 있는 계통들에서 비슷하거나 동일한 특징들이 독립적으로 진화하관계가 있는 계통들에서 비슷하거나 동일한 특징들이 독립적으로 진화하

는 것을 의미한다. 대개 똑같은 발생경로들에서 일어난 비슷한 변형들에

기반한다고 여겨진다기반한다고 여겨진다.

Apomorphy (파생형질)Plesiomorphy (원시형질)Plesiomorphy (원시형질)Synapomorphy (공통파생형질)Symplesiomorphy (공통원시형질)Autapomorphy (자가파생형질)Autapomorphy (자가파생형질)

Q: 영장류에 있어서 Homo sapiens 가 갖는 autapomorphy는?

Typology(類型學)Typology(類型學)

( )• 자연 분류군마다 type (고유한 형)을 정해 놓고 그것과유사한 것을 하나의 분류군으로 인식.

한 분류군에는 그것을 대표할 만 한 유형이 존재한다는• 한 분류군에는 그것을 대표할 만 한 유형이 존재한다는개념

• 이것은 창조의 개념에 입각한 것이고 진화적 개념의 바• 이것은 창조의 개념에 입각한 것이고, 진화적 개념의 바탕으로는 실제 type 이라는 것은 존재하지 않는다.

현실에서는 typology를 염두에 두고 체계를 세운 과거의 분류가 현대적 개념과는 다르지만 이는 어느 정도 진의 분류가 현대적 개념과는 다르지만, 이는 어느 정도 진화적 분류체계를 반영하고 있고, 이 개념에 의해 실제 분류가 이루어 진다.