Математик среди биологов: заметки с тегом список таксонов

Список родов диатомовых. 3/n

Антон Лях — Thu, 13 Mar 2025 20:51:40 +0300

В прошлый раз я вытащил данные о 1375 родах диатомовых из Вормса и рассказал, что их можно сохранить в таблице Экселя.

Такую таблицу можно использовать в качестве локальной базы таксономических данных для работы на одном устройстве. Но если нам нужен удаленный сетевой доступ с разных компьютеров, данные следует разместить в полноценной базе и разработать веб-интерфейс для работы с ней.

К счастью, у меня есть опыт проектирования структуры БД и создания таксономических информационных систем.

Таксономическая БД

Таксономическая база данных (ТБД) нужна для составления компьютерных списков таксонов, виртуальных коллекций, атласов и определителей. Это костяк любой таксономической информационной системы.

ТБД хранит названия таксонов, которые суть ключи для доступа к биологической, экологической, генетической, географической и морфологической информации об организмах.

Более подробно о функциях и устройстве ТБД
можно почитать в заметке

«Создаем таксономическую базу данных».

и в статье 2018 года:

Лях А. М., Лелеков С. Г. (2018) Модульная структура таксономической базы данных.

Примеры использования ТБД можно увидеть:

В коллекции паразитов рыб Мирового океана, разработанной моей скромной персоной)
У Архипа — библиотеки изображений диатомовых водорослей, который, на данный момент, ушел в неоплачиваемый отпуск.

В ближайшее время помещу в ТБД список таксонов диатомовых и создам веб-страничку для доступа к ней.

Список родов диатомовых. 2/n

Антон Лях — Wed, 12 Mar 2025 20:47:26 +0300

В прошлый раз мы выяснили, что список родов диатомовых можно извлечь из Вормса, если уметь немного программировать. Рассказываю, что из этого получилось.

После борьбы с сервером Вормса и поиском наиболее оптимального способа получения данных, мне удалось собрать номенклатурную информацию о 1375 родах диатомовых водорослей.

Часть из них невалидна, то есть относится к ошибочным, неверно описанным или синонимичным названиям.

Номенклатура в JSON

Информацию о каждом таксоне Вормс возвращает в json-файле. В том числе файл содержит номенклатурные данные о высших таксонах рода. То есть у каждого рода (и любого другого таксона) указано его положение в таксономическом дереве.

Поэтому json-файл с данными о таксоне является самодостаточным: он не зависит от других файлов и содержит достаточно номенклатурных данных для определения названия, статуса и положения таксона в иерархическом древе. То есть json-файл это отдельная полноценная запись таксономической базы данных.

Остается преобразовать полученные json-файлы в работоспособную базу.

JSON → Эксель

Данные о роде мы можем сохранить в виде строки текста, в которой значимые элементы отделены символом-разделителем. В качестве разделителя используем точку с запятой.

В таком виде хранятся данные в csv файлах, которые умеет открывать Эксель. Поэтому, из всех собранных номенклатурных данных, мы можем сформировать многострочный csv-файл, в котором каждая строка будет соответствовать одному роду. Эксель сумеет его открыть и предоставит инструменты для фильтрации и выбора необходимых сведений. Простая номенклатурная база в Экселе будет работать (и смотреться) хорошо.

Но Эксель мы не сможем нормально использовать на сервере. Поэтому для доступа к данным в вебе потребуется настоящая СУБД.

Список родов диатомовых. 1/n

Антон Лях — Tue, 11 Mar 2025 22:58:52 +0300

Для работы мне потребовался список всех известных к настоящему времени родов диатомовых. Вот результаты попыток его получить.

Статьи

Рода диатомовых перечислены в некоторых публикациях. Например, в каталоге родов диатомовых 1999 года

Fourtanier E. & Kociolek J.P. (1999) Catalogue of diatom genera.

Из которого вырос каталог названий диатомовых 2009 года, тех же авторов.

Fourtanier E. & Kociolek J.P. (2009) Catalogue of diatom names.

Но мне нужен электронный список — текстовый файл или отформатированная таблица. Извлечь список из пдф статей — сложная задача. Поэтому этот вариант мне не подходит.

Базы данных

Очевидно, что в наш век, когда нейросети потихоньку покоряют человечество, найти в интернете базу данных с полным списком родов определенного таксона не составляет никакого труда. И да, такие базы есть.

Почти все названия диатомовых хранят:

Альгабейз (algaebase.org),
Вормс (marinespecies.org),
Диатомбейз (diatombase.org).

При этом Диатомбейз не является независимой базой — она извлекает данные из базы Вормса и копирует его интерфейс. То есть ее можно спокойно вычеркнуть, оставив Альгабейз и Вормс.

Ни одна из оставшихся двух баз, ни Альгабейз, ни Вормс, не позволяет просто взять и получить список таксонов определенного ранга.

Для этого необходимо пробежать по дереву: от верха до нужного ранга, раскрывая по дороге все боковые ветви: над- и под-отделы и отделы, над- и под-классы и классы, надсемейства и семейства. Все без исключения.

При этом страничка с перечнем родов определенного высшего таксона представляет собой сложноструктурированный текст, из которого тоже не очень-то просто вычленить список родов.

То есть вариант использования баз, в котором нужно ручками пролистать ветви таксономического дерева и повыковыривать названия родов тоже мне не подходит.

АПИ

Альгабейз не предоставляет никакой иной официальной возможности доступа к базе, кроме как через интерфейс веб-страницы. Майкл Гури зорко охраняет собранные таксономические данные.

К счастью Вормс — это открытая система. Он предоставляет АПИ для извлечения данных.

Но именно тот запрос, который должен вернуть названия всех таксонов заданного ранга, относящихся к конкретному родителю, в данный момент работает неправильно.

/AphiaRecordsByTaxonRankID/{ID} 
Get the AphiaRecords for a given taxonRankID (max 50)

Сейчас он возвращает только первые 50 названий (родов). Остальные остаются недоступными.

Высшие таксоны диатомовых водорослей

Антон Лях — Sun, 30 May 2021 09:09:09 +0300

Художник Арбеков Владимир Георгиевич

Во время наполнения таксономической базы данных научными названиями диатомовых водорослей у меня возникли вопросы:

к каким высшим таксонам отнести диатомовых?
сколько высших таксонов достаточно использовать?

Исследование показало, что в этом вопросе у товарищей-диатомологов согласия нет.

Варианты высшей классификации диатомовых

Википедия — как самый быстродоступный синтезатор знаний — на этот счет имеет минимум три мнения. Рассмотрим их.

[Round, Crawford, Mann, 1990]

Апостолы диатомологии — троица Роунд, Крауфорд и Манн — выделяют отдел диатомовых, а в нем три класса с подклассами.

Phylum Bacillariophyta
- Class Coscinodiscophyceae — все центрические
- Class Bacillariophyceae — пеннатные со швом
- Class Fragilariophyceae — пеннатные без шва

Здесь хорошо, что диатомовые — это отдельный таксон стандартного ранга (отдел), в котором выделено три таксона такого же стандартного ранга (класса). А вот вложенные подклассы — это плохо.

[Ruggiero et al., 2015]

Ригуеро с коллегами, ни много, ни мало, предложили классификацию высших таксонов всех живых организмов. При этом они поместили диатомовых с некоторыми другими классами организмов в отдел Охрофитовых, из-за оранжево-коричневатой (охровой) окраски живых представителей. Для диатомовых авторы выделили класс, в который поместили подклассы с традиционными названиями.

Phylum Ochrophyta
- Class Bacillariophyceae
  - Subclass Bacillariophycidae
  - Subclass Coscinodiscophycidae
  - Subclass Fragilariophycidae

Фактически авторы сдвинули классификацию Раунда и коллег на уровень вниз.

Такой же системы придерживается ВОРМС.

[Medlin, Kaczmarska, 2004]

Поcледователи генетических методов — Медлин и Кашмарская — считают, что диатомовые отдельный отдел. В нем есть два подотдела и три класса. Причем шовные и бешовные диатомовые слиты в единый класс пеннатных, тогда как центрические разделены на классы радиальных центрических и полярных центрических.

Phylum Bacillariophyta
- Subphylum Coscinodiscophytina
  - Class Coscinodiscophyceae — радиальные центрические
- Subphylum Bacillariophytina
  - Class Mediophyceae — полярные центрические
  - Class Bacillariophyceae — все пеннатные

Деление на таксоны выполнено при помощи алгоритмических манипуляций над последовательностями нуклеотидов, что у меня сразу вызывает скепсис. Также не нравится объединение всех пеннатных в один класс. А вот выделение двух морфогрупп у центрических — с полюсами и без оных — нравится.

Этой системы придерживается Альгабейз.

Прочая филогеносситематика

Прочие филогенетические нововведения см. в Википедии.

Какую систему выбрать

Майкл Гуйри — один из авторов Альгабейза — очень разумно заметил, что:

The use of a particular phylum or superphylum name for diatoms (or to include diatoms) is a taxonomic decision. All that I have endeavoured to do here is to clarify the valid use of the automatically typified phylum name Bacillariophyta for authors who wish to use such a phylum name exclusively for diatoms and to point out the validity or otherwise of other phyla names that are said to include the diatoms.
[Guiry, 2017]

Другими словами, куда вы поместите диатомовых — в отдел или подотдел — это ваше дело.

По сути высшие таксоны — это искусственные категории, созданные только для нашего удобства. Они помогают классифицировать объекты живой природы. Или не помогают, если система высших таксонов выбрана неудачно.

Высшие таксоны — это искусственные категории

Отсюда, система высших таксонов диатомовых водорослей:

должна помогать упорядочивать одноклеточных по морфологическим признакам,
должна состоять из таксонов нормального ранга, безо всяких промежуточных под и над.

Альтернативная система высших таксонов диатомовых водорослей

Если обобщить упомянутые выше классификации, то по морфологии диатомовые микроводоросли удобно делить на:

центрические однополюсные
центрические многополюсные
пеннатные бесшовные
пеннатные моношовные
пеннатные двушовные.

Также их удобно считать отдельным отделом, а следующие таксоны — классами.

Новый класс Achnanthophyceae

Единственная проблема в том, что для моношовных диатомовых нет специального класса, их относят к отряду Achnanthales. Но для моих целей подойдет искусственный класс — класс Achnanthophyceae.

Название класса Achnanthophyceae образовано из названия рода Achnanthes при помощи добавления окончания -phyceae. Очевидно, это не валидный таксон, но мне главное удобство.

Род Achnanthes + -phyceae → класс Achnanthophyceae

Что использовать в таксономической БД

В таксономической базе данных собираюсь использовать следующие высшие таксоны диатомовых.

Phylum Bacillariophyta
Class Coscinodiscophyceae	центрические однополюсные
Class Mediophyceae	центрические многополюсные
Class Bacillariophyceae	пеннатные двушовные
Class Achnanthophyceae	пеннатные одношовные
Class Fragilariophyceae	пеннатные без шва

Литература

Gury M. D. (2017) The phylum name Bacillariophyta and other names of phyla used to include the diatoms.

Medlin L. K., Kaczmarska I. (2004) Evolution of the diatoms: V. Morphological and cytological support for the major clades and a taxonomic revision.

Round F. E., Crawford R. M., Mann D. G. (1990) The Diatoms. Biology and Morphology of the Genera. Cambridge University Press, Cambridge. 747 pp.

Ruggiero et al. (2015) Higher Level Classification of All Living Organisms.

Степень доверия к списку таксонов

Антон Лях — Wed, 27 Jan 2021 14:19:41 +0300

Настоящие таксономисты любят публиковать ~~длинные~~ списки видов, обнаруженных в каком-нибудь интересном месте. Отечественные исследователи часто называют их чеклистами. Звучит загадочно и, как и любой англицизм, придает весомость научной работе. (По мнению среднестатистического обывателя.)

Списки видов обычно публикуют, когда проведена большая работа, исследован обширный материал, систематизирована масса литературных источников, а в результате — сказать особо не о чем, за редким исключением.

Брянцева Ю. В. 2020. Динофлагеляти Кримського півострова та його морського прибережжя

Несомненно, списки видов полезны. Но к ним, все-таки, следует относиться с определенной долей скепсиса.

Степень доверия к таксономическому списку

Степень доверия определяется тем, насколько находка конкретного вида подтверждена типовым материалом. Чтобы не утруждать любимого читателя занудной классификацией типовых экземпляров, упрощю определение:

Простая мера доверия к таксономическому списку зависит от наличия изображений видов, упомянутых в списке.

Простая мера доверия выражается числом от единицы до трех:

1 — изображений нет,
2 — есть изображения среднего качества,
3 — есть изображения отличного качества.

Значение меры может быть вещественным. Чем ниже мера, тем меньше доверия и больше скепсиса.

Поясню на примере чеклистов диатомовых.

Степень доверия к списку видов диатомовых водорослей

Любой профессиональный диатомолог скажет, что:

Для корректного опознания вида диатомовой водоросли необходимо изображение панциря, полученное с разных ракурсов с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), а также изображения живой микроводоросли с протопластом.

Отсюда:

3 → Максимальное доверие у списка диатомовых, в котором каждый вид сопровождают фотографии, полученные с помощью СЭМ, и фотографии живых организмов.

2 → Среднее доверие у списка, в котором каждый вид проиллюстрирован фотографиями, выполненные под световым микроскопом (СМ).

1 → Минимальное доверие у списка, в котором только перечислены виды.

2...3 → Есть СЭМ и СМ фотографии. Чем больше СЭМ, и больше фото живых клеток, тем ближе к трем.

1...2 → Есть СМ фото и есть виды без фото. Чем больше видов без фото, тем ближе к единице.

Примеры

Доверие единица

Рябушко Л. И., Бондаренко А. В. 2011. Микроводоросли планктона и бентоса Азовского моря (чек-лист, синонимика, комментарий)

Доверие низкое. Потому что авторы не приводят фотографий, дают много ссылок на чужие работы, в которых также практически нет фотографий, и сами исследуют микроводоросли только в световой микроскоп, что ставит под сомнение находки некоторых видов. Не делайте так.

Доверие между единицей и двойкой

Bukhtiyarova L. N. 1999. Diatoms of Ukraine inland waters

Нет фотографий, но даны ссылки на фото в других источниках и приведены места находок, что подтверждает объективность исследований. Кроме того, Людмила Николаевна — авторитетный диатомолог. Поэтому доверие к списку есть. Но если решите делать список, все-таки следуйте следующим примерам.

Доверие двоечка

Sterken et al. 2015

Световые фотографии посредственного качества. Из-за этого сами авторы часто сомневаются в корректности определения видов. Это плохой пример для подражания. Хорошие примеры ниже ↓

Доверие между двумя и тремя

Stuart R. Stidolph diatom atlas. Plate 52

Все виды сопровождаются световыми фотографиями очищенных панцирей диатомовых. Хотя, в некоторых случаях, оптического разрешения недостаточно для уверенного определения видов, работа выполнена качественно.

Доверие между двумя и тремя

Taylor et al. 2007. An illustrated guide to some common diatom species from South Africa

Все виды сопровождаются световыми фотографиями, почти для всех даны прижизненные фото с протопластом, у многих есть электронные фотографии деталей панциря. Доверия высокое. Отличный пример для подражания.

Доверие троечка

Al-Yamani F. Y., Saburova M. A. (2019) Marine phytoplankton of Kuwait’s waters. Vol. 2. Diatoms

Превосходный список с превосходными иллюстрациями. Виды сопровождают фото живых клеток, СМ фото очищеных панцирей и СЭМ фотографии. Такие списки — редкость. Это превосходный пример для подражания.

Если вы делайте также — напишите мне.

* * *

В мере доверия можно учесть разные показатели. Например, авторитет исследователя. (Кстати, как его измерить?) Сейчас:

Простая мера доверия списку таксонов не учитывает вашу субъективную оценку работы исследователя.

Приведенная мера доверия отражает наличие или отсутствие изображений опубликованных видов. Она не учитывает ваши знания о профессионализме исследователя.

Так, если оценивать качество работы, то моя оценка списку диатомовых Украины Л. Н. Бухтияровой (1999) — 10 из 10, ибо я знаю с какой тщательностью Людмила Николаевна готовит материал. А оценка, к примеру, списка Стеркена и ко. (2015) — 2 из 10, хоть там и есть световые фотографии створок диатомовых.

Придумайте свою меру доверия списку таксонов или усложните предложенную простую. Поделитесь находкой в комментариях.

Доверяй, но проверяй.

Используем цвет для обозначения названий таксонов

Антон Лях — Tue, 30 Jan 2018 20:05:19 +0300

Про оформление списка таксонов в Электронной коллекции морских паразитов и Альгабейзе

В электронной коллекции морских паразитов я использую несколько фишек для обозначения состояния таксономических названий:

Названия родов и видов начертаны курсивов, а имена авторов прямым шрифтом — этого требуют правила оформления таксономических имен.
Валидные (действующие) названия таксонов покрашены в синий цвет, а синонимы — в серый, чтобы сразу было видно статус таксона.
За синонимом → идет действущее название, чтобы было понятно, чей это синоним.
Таксоны, которые оцифрованы и помещены в электронную коллекцию, помечены фоновым цветом.
Слева от названия стоит цветной индикатор, который показывает, есть ли у таксона картинки (красный квадратик) и описание (желтый).

На разнообразных сайтах с таксономическими названиями такие приемы ранее никто не использовал. Наш сайт стал первым.

***

Намедни открыл страницу Альгабейз, а там — ~~невалидные таксоны выкрашены серым~~ валидные таксоны выкрашены в синий.

Мне аж приятно стало — идею подхватили коллеги по ремеслу. Еще в 2017 Альгабейз красила все в ~~синий~~ серый, и валидные названия не отличались от синонимов.

Ждем продолжения от ВОРМСа и Энциклопедии жизни.