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Nel IV secolo a.C. Aristotele creò un sistema di classificazione secondo il quale gli organismi venivano suddivisi in due regni, animale e vegetale. Tale sistema si basava sulle somiglianze esteriori più evidenti degli organismi e rimase invariato per molto tempo: soltanto nel 1735 Carlo Linneo, con il suo Systema Naturae, propose una modalità più precisa per ordinare i viventi, che si basava su categorie (regno, classe, ordine, famiglia, genere, specie), e che è tuttora utilizzata. Il naturalista svedese prevedeva ancora che i viventi fossero suddivisi in vegetali e animali. I primi corrispondevano agli organismi autotrofi, sessili, cioè fissi al terreno e incapaci di spostarsi, in grado di compiere la fotosintesi, e agli organismi unicellulari autotrofi, i batteri, le alghe e i funghi; ai secondi appartenevano, invece, organismi eterotrofi dotati di movimento, nonché gli eterotrofi unicellulari (protozoi). Alcuni microrganismi, però, risultavano di difficile collocazione entro un sistema di classificazione di questo tipo, poiché mostravano caratteristiche appartenenti ai due regni: ad esempio il flagellato unicellulare Euglena contiene clorofilla e si nutre in modo autotrofo, per mezzo della fotosintesi, ma è anche dotato di movimento; i funghi, pur essendo sessili, si nutrono in modo eterotrofo, per assorbimento di sostanze organiche dal terreno. Con l'avvento della microscopia elettronica si è anche scoperto che i batteri sono organismi dalle caratteristiche cellulari peculiari, che li differenziano da tutti gli altri organismi viventi. Per risolvere questi problemi, nel 1959 fu proposto un sistema di classificazione in cinque regni, così organizzato: il regno animale, comprendente organismi eucarioti pluricellulari eterotrofi che si nutrono per ingestione, ossia introducendo sostanze alimentari in un canale alimentare (tubo digerente) in cui avviene la loro demolizione e digestione; il regno vegetale, comprendente organismi eucarioti pluricellulari autotrofi che si nutrono per mezzo della fotosintesi; il regno dei funghi, comprendente organismi eucarioti pluricellulari eterotrofi che si nutrono per assorbimento (ossia mediante il passaggio diretto delle sostanze attraverso la membrana cellulare); il regno dei protisti, comprendente organismi eucarioti unicellulari; il regno delle monere, comprendente i procarioti, ossia archeobatteri, batteri e cianobatteri (o alghe azzurre). Anche con questo complesso sistema di classificazione non tutti i problemi erano risolti in modo soddisfacente. Restava, infatti, il nodo delle alghe, che venivano suddivise, a seconda che fossero pluricellulari o unicellulari, rispettivamente nel regno vegetale e in quello dei protisti. In realtà tutte le alghe condividono numerose caratteristiche comuni e non dovrebbero, pertanto, essere classificate separatamente. Per questo motivo, è stato recentemente proposto il regno dei prototisti, che si sostituisce a quello dei protisti, accogliendo al proprio interno tutti gli organismi unicellulari e tutte le alghe. Gli specialisti che si occupano di classificazione sono i tassonomi e i sistematici. La tassonomia e la sistematica costituiscono due discipline che in buona parte si sovrappongono; la tassonomia si occupa più della costruzione di un sistema gerarchico e dell'attribuzione della nomenclatura, cioè dell'assegnazione dei nomi agli organismi o ai gruppi di organismi, mentre la sistematica cerca di individuare le correlazioni evolutive esistenti tra i diversi gruppi. Le caratteristiche prese in esame dagli studiosi che si occupano di classificazione sono di tipo diverso e possono riguardare l'anatomia, la fisiologia, la genetica, il comportamento, la composizione biochimica dei vari organismi considerati e messi a confronto. A questi studi contribuiscono, con le loro scoperte, tutte le branche della biologia. Risulta importante anche la paleontologia, in cui si opera una valutazione dei reperti fossili, nel tentativo di ricostruire la storia evolutiva dei viventi e di capirne i rapporti di parentela. Gli schemi della classificazione moderna tentano, infatti, di creare collegamenti tra i differenti gruppi di organismi che riflettano i rapporti evolutivi esistenti tra loro. Nei moderni studi di classificazione vengono utilizzate anche raffinate tecniche di biologia molecolare, con cui si confrontano molecole proteiche e di acidi nucleici degli organismi. Quanto più due organismi possiedono simili strutture di queste molecole, quanto più essi si ritengono vicini da un punto di vista evolutivo.  La specie rappresenta il primo livello di classificazione degli individui e la sola categoria tassonomica che si possa considerare presente in natura e non solo una convenzione dell'uomo. Per specie si intende un gruppo di pololazionii simili, in grado di incrociarsi tra loro e di produrre prole fertile. Due o più specie che possiedono caratteristiche comuni vengono raggruppate in uno stesso gruppo di organismi che prende il nome di genere. Ciascuna specie viene individuata da due termini latini, il primo dei quali inizia sempre con una lettera maiuscola ed è il nome del genere, mentre il secondo è scritto in minuscolo ed è un aggettivo, generalmente descrittivo o geografico, corrispondente alla specie. Questo sistema di denominazione viene detto "nomenclatura binomia" ed è stato creato nel 1735 dal naturalista svedese Carlo Linneo, considerato da molti come il fondatore della tassonomia moderna. L'uso del latino è dovuto al fatto che gli studiosi dell'epoca di Linneo comunicavano in questa lingua. Un esempio di classificazione linneiana è quello con cui si definisce Felis leo la specie cui appartiene il leone: ciò indica che esso è compreso nel genere Leo. Considerando i caratteri comuni a due o più generi, si arriva a definire la categoria tassonomica detta famiglia; procedendo in modo sempre più ampio, si possono ancora definire: l'ordine (che comprende più famiglie), la classe (che comprende più ordini) e il phylum (che comprende più classi); infine, il regno raggruppa diversi phyla (plurale di phylum). In tal modo, si ottiene una struttura di tipo gerarchico che permette di definire in modo preciso la posizione di un determinato organismo. I gruppi di viventi compresi in ciascuna di queste sette categorie principali, a qualunque livello della gerarchia, sono detti taxa e ciascun taxon è definito dalle principali caratteristiche comuni ai taxa che lo costituiscono. Per permettere ulteriori sottodivisioni, a ciascuna categoria si possono aggiungere i prefissi sub- e super-. Inoltre, nelle classificazioni più complesse si possono usare categorie intermedie, come la branca (tra regno e phylum), la coorte (tra classe e ordine) e la tribù (tra famiglia e genere). Le diverse categorie risultano organizzate in modo piramidale; a ciascun livello corrisponde un diverso grado di correlazione evolutiva. Questa struttura gerarchica si estende dal basso verso l'alto: i gruppi che si trovano alla base sono i diversi milioni di specie note, ciascuna costituita da individui strettamente imparentati tra loro, mentre all'apice si trovano pochi, grandi regni, ciascuno comprendente vasti raggruppamenti di organismi, molti dei quali sono correlati tra loro solo lontanamente. A ogni livello, ciascun taxon viene definito monofiletico quando i suoi membri condividono un antenato e una storia evolutiva comuni. Un taxon viene, invece, considerato polifiletico quando comprende due o più membri con tratti comuni, ma che si sono evoluti per fenomeni di convergenza evolutiva da linee ancestrali differenti. È possibile che un taxon prima considerato monofiletico, in seguito a nuove ricerche, risulti polifiletico; in tal caso, questo taxon polifiletico rappresenta un errore di classificazione, e in genere si cerca di correggerlo dividendo il taxon in più taxa monofiletici. Il primo sistema tassonomico, sviluppato da Aristotele nel IV secolo a.C. e utilizzato fino a non molto tempo fa, riconosceva solo due grandi divisioni di organismi viventi: il regno animale e quello vegetale. Nel primo venivano compresi tutti gli organismi eterotrofi (che si nutrono di materiale organico presente nell'ambiente), dotati di movimento, mentre nel secondo si trovavano tutti gli organismi autotrofi (che sintetizzano le sostanze alimentari organiche a partire da materiale inorganico), sessili, cioè fissi al terreno, in grado di compiere fotosintesi. Quando furono scoperti gli organismi unicellulari, vennero anch'essi suddivisi in queste due grandi divisioni, in base al tipo di nutrizione, autotrofa o eterotrofa, che li caratterizzava.
Questo modello di classificazione poneva, tuttavia, due problemi fondamentali. Il primo riguardava i funghi, classificati insieme alle piante in quanto sessili, essendo in realtà organismi a nutrizione eterotrofa che assorbono le sostanze organiche dal terreno. Il secondo problema concerneva alcuni organismi unicellulari con caratteristiche comuni ai due regni, che rendono ambigua la loro classificazione: i flagellati unicellulari del genere Euglena sono, ad esempio, dotati di movimento, ma si nutrono per via autotrofa e sono in grado di compiere fotosintesi. Nel XX secolo, inoltre, grazie agli enormi progressi compiuti nel campo delle tecniche di osservazione delle cellule, è stato possibile individuare differenze fondamentali tra gli organismi viventi, che ne hanno permesso una classificazione più accurata e corretta dal punto di vista filogenetico.
Dal 1959 gli organismi viventi sono stati classificati in cinque regni, basandosi sul loro livello di organizzazione (dei procarioti, degli eucarioti unicellulari e degli eucarioti pluricellulari) e sul tipo di nutrizione (autotrofa, eterotrofa per ingestione e eterotrofa per assorbimento). I cinque regni comprendono: il regno animale (eucarioti pluricellulari a nutrizione eterotrofa, per ingestione); il regno vegetale (autotrofi pluricellulari a nutrizione autotrofa); il regno dei funghi (eucarioti pluricellulari a nutrizione eterotrofa, per assorbimento); il regno dei protisti (eucarioti unicellulari, a nutrizione mista); il regno delle monere (comprendente archeobatteri, eubatteri e alghe azzurre o cianobatteri, ossia organismi procarioti a nutrizione mista).
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