# 核心：生物的分类与支序分类学

> IB 生物学 高级水平 · IB 生物学 HL 2025 大纲
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u4-core-organisms/

本子主题涵盖生物的现代生物分类、分类与演化史的联系，以及如何构建和解读支序图。你将了解分子数据如何改变了我们对所有生物之间演化关系的认知。

**先修:** [自然选择的演化证据](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-d01-evidence-evolution/); [双名法基础与传统分类学](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-core-taxonomy-intro/)

## 学习目标

- 区分生命的三域，并与旧分类系统进行比较
- 定义演化支并解释支序分类学的原理
- 根据形态学和分子数据构建并解读支序图
- 解释为何需要对生物进行重新分类，以及该过程对演化理论的意义

## 现代分类：三域系统

**三域系统** — 由卡尔·沃斯基于核糖体RNA序列数据提出的分类系统，将所有生物分为三个演化上独立的演化支：细菌、古菌和真核生物

*例:* 古菌与真核生物的亲缘关系比与细菌更近，尽管古菌和细菌都是原核生物

在分子数据得到广泛应用之前，生物学家使用五界系统，将所有原核生物归为一个界。核糖体RNA测序表明原核生物分为两个演化上差异巨大的类群，因此五界系统已不适合现代分类。

**例题:** 一名研究人员对两个未知原核样本的16S rRNA基因进行测序。样本1与大肠杆菌*E. coli*（细菌）的序列一致性为92%，与产甲烷球菌*Methanococcus*（古菌）为71%，与酵母（真核生物）为69%。样本2与产甲烷球菌的一致性为89%，与大肠杆菌为70%，与酵母为72%。对两个样本进行分类。

1. 16S rRNA是高度保守的，因此序列一致性越高代表演化亲缘关系越近
2. 样本1与大肠杆菌（细菌）的一致性最高，因此将其归类为细菌域
3. 样本2与产甲烷球菌（古菌）的一致性最高，因此将其归类为古菌域

## 演化支与支序分类原理

**演化支** — 包含一个共同祖先及其所有后代的单系类群，是支序分类的基本单位。

*例:* 哺乳动物构成一个有效的演化支，因为所有哺乳动物都源自同一个共同祖先物种

支序分类学基于共有衍征（共衍征）而非整体形态相似性对生物进行分组。共有祖征（继承自远祖的性状）或同功性状（通过趋同演化独立产生）不用于定义演化支，因为它们不能反映近期的共同祖先关系。

**例题:** 四个物种具有以下性状：物种1：无毒液，有毛发，胎生；物种2：有毒液，有毛发，卵生；物种3：无毒液，有鳞片，卵生；物种4：无毒液，有毛发，卵生。哪三个物种构成一个演化支？

1. 1. 识别共衍征：毛发是哺乳动物特有的衍征，其他类群没有该性状
2. 2. 物种1、2、4都有毛发，该性状遗传自共同的哺乳动物祖先
3. 3. 物种3没有毛发，因此不属于哺乳动物演化支
4. 答案：物种1、2、4构成哺乳动物演化支

## 构建与解读支序图

支序图是一种分支图，其中每个节点（分支点）代表一个共同祖先。现代支序图最常使用分子序列数据（DNA、RNA或氨基酸）：序列差异越大，意味着两个支系从共同祖先分化后经过的时间越长。

**例题:** 根据四个物种之间细胞色素c的氨基酸差异数，排列它们的亲缘关系：人 vs 黑猩猩：0；人 vs 小鼠：9；人 vs 鸡：13；黑猩猩 vs 小鼠：9；黑猩猩 vs 鸡：13；小鼠 vs 鸡：11。画出该支序图的分支顺序。

1. 1. 差异越少代表演化亲缘关系越近，因为差异会随时间积累
2. 2. 人和黑猩猩的差异为0，因此二者是亲缘关系最近的类群
3. 3. 这一对与小鼠的差异为9，因此小鼠是下一个从该支系分化出去的类群
4. 4. 鸡与这三者的差异最大，因此在支序图的基部就分化出去
5. 最终分支顺序（从根到顶）：鸡 → 小鼠 → (人，黑猩猩)

**概念自测**

检验你对支序图结构的理解

1. 支序图上的节点代表什么？

   - 已灭绝的无关外类群
   - 两个支系最近的共同祖先
   - 现存物种
   - 突变率最高点

   *答案:* 两个支系最近的共同祖先

   *解析:* 正确！每个节点都代表两个分化支系共同的祖先，两个支系都是从该祖先演化而来。

## 生物的重新分类

当获得新的分子证据后，生物通常会被重新分类，以反映其真实的演化关系。重新分类是为了确保所有分类群都是单系的（即都是有效的演化支）。一个被广泛研究的例子是玄参科（Scrophulariaceae）的重新分类：基于DNA证据，该科被拆分为五个独立的科。

**例题:** 传统分类将鸟类单独列为一个纲，为什么现代生物学家将鸟类归入爬行类演化支？

1. 1. 支序分类学要求所有分类群都是单系的（包含共同祖先的所有后代）
2. 2. 传统爬行类（蜥蜴、鳄鱼、龟、蛇）的共同祖先也演化出了鸟类
3. 3. 如果排除鸟类，爬行纲就成为并系群（不包含共同祖先的所有后代）
4. 4. 因此，为了保证爬行类是单系群，现代分类将鸟类归入爬行类演化支

## 常见错误

- **错误做法:** 根据同功性状分组来构建演化支
  - 原因: 同功性状是通过趋同演化独立产生的，不能代表共同祖先关系
  - 正确做法: 使用共衍同源性状或分子序列相似性来定义演化支
- **错误做法:** 认为所有支序图的分支长度都按演化时间比例缩放
  - 原因: IB生物学的大多数基础支序图仅展示分支顺序，不代表时间。只有系统发育树才会明确标注代表时间的分支长度
  - 正确做法: 除非明确说明有时间缩放，否则标准支序图仅解读分支顺序
- **错误做法:** 主张五界系统是公认的现代分类系统
  - 原因: 分子证据证实原核生物分为两个不同的域，因此五界系统已经过时
  - 正确做法: 在IB生物学考试中，所有分类相关题目都使用三域系统作答
- **错误做法:** 将支序图基部的基部分支视为'更低等/演化程度更低'
  - 原因: 所有现存支系从根部共同祖先开始，演化的时间长度相同
  - 正确做法: 仅解读分支顺序，不要从生物在支序图上的位置推断其演化程度高低

## 速查表

| 术语 | 定义 | 考试要点 |
| --- | --- | --- |
| 三域 | 细菌、古菌、真核生物 | 古菌与真核生物的亲缘关系比与细菌更近 |
| 演化支 | 共同祖先 + 所有后代 | 所有有效的分类群都必须是演化支 |
| 共衍征 | 共有衍征 | 只有该类性状可用于对生物分组 |
| 支序图节点 | 最近共同祖先 | 解读题的核心概念 |
| 重新分类 | 根据新数据更新分类群 | 是演化理论的有力证据 |

## 下一步

理解如何根据演化关系对生物进行分类，为研究宏演化、物种形成和全球生物多样性奠定了关键基础。本子主题强化了核心观点：地球上所有生命都通过共同祖先相互关联，并展示了新的科学数据如何修正我们对演化史的认知。支序分类学也是现代保护生物学的基础：识别独特的演化支有助于确定优先保护的物种。这直接关联了生物系统中延续与变化这一更广主题。

- [核心内容：生态系统](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u4-core-ecosystems/)
- [AHL: 核酸结构](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u4-ahl-nucleic-acid-structure/)
- [AHL: DNA复制扩展内容](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u4-ahl-dna-replication-extensions/)

---

来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-biology-hl-u4-core-organisms/