Χημειοταξινόμηση

H χημειοταξινόμηση (En: chemotaxonomy) είναι η ταξινόμηση των οργανισμών (κυρίως των φυτών) μέσω των χημικών τους συστατικών.

Ιστορική αναδρομή

Οι άνθρωποι κατά κάποιον τρόπο εφαρμόζουν την χημειοταξινόμηση από τους προϊστορικούς χρόνους. Τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά των οργανισμών (γεύση, οσμή και χρώμα) εκφράζουν την χημεία τους και επομένως οδηγούν στην ταξινόμησή τους. Επίσης δεν υπάρχει αμφιβολία ότι και πολλοί άλλοι οργανισμοί διαθέτουν κάποια ικανότητα ταξινόμησης, ιδιαίτερα όσον αφορά στην επιλογή των φυτών ή των φυτικών μερών που είναι κατάλληλα για την τροφή και την αναπαραγωγή τους. Παρόλα ταύτα, αυτού του ειδους η χημειοταξινόμηση είναι επιφανειακή, καθώς συσχετίζει τα φυτά με τις ιδιότητές τους, αλλά δίνει ελάχιστες πληροφορίες για τις φυλογενετικές ή τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ τους. 
Ενώ η ενδεχόμενη χρησιμότητα των δευτερογενών μεταβολιτών των φυτών στην ταξινόμηση έχει αναγνωριστεί εδώ και τουλάχιστον 200 χρόνια, η πρακτική τους εφαρμογή ξεκίνησε κατά τον 20ο αιώνα και κυρίως τα τελευταία 45 χρόνια. Η πρώτη εκτενής έρευνα για την χημειοταξινόμηση προήλθε από τον McNair (1935), ο οποίος μελέτησε την κατανομή των πτητικών και σταθερών ελαίων και των αλκαλοειδών στα Αγγειόσπερμα. Παράλληλα δημοσιεύτηκαν οι πρώτες συγκριτικές μελέτες, η πλειονότητα των οποίων ασχολούνταν με τα πτητικά έλαια της οικογένειας Myrtaceae, ιδιαίτερα για το γένος Eucalyptus. Αυτές οι έρευνες, ενώ επιβεβαίωσαν τη χημική διαφοροποίηση διαφορετικών taxa ακόμα και σε αυτό το πρώιμο στάδιο κατέδειξαν την πιθανότητα ύπαρξης ενδοειδικής χημικής ποικιλότητας.
Η εξέλιξη της χρωματογραφίας (χρωματογραφία χάρτου και χρωματογραφία λεπτής στιβάδας) συνέβαλλε στην ανάπτυξη της χημειοταξινομικής έρευνας. Αυτή η μέθοδος επέτρεψε την απομόνωση και σύγκριση πολλαπλών δειγμάτων για την ύπαρξη ή απουσία συγκεκριμένων δευτερογενών μεταβολιτών (ιδιαίτερα στα φλαβονοειδή και συγγενείς φαινολικές ενώσεις). Πράγματι, η κατανομή κάποιων κοινών φαινολικών ήταν η πρώτη που εξετάστηκε σε βάθος για τα Αγγειόσπερμα.
Ο τομέας της χημειοταξινόμησης άρχισε να ενηλικιώνεται κατά τα πρώτα χρόνια της δεκαετίας του 1960, με την δημοσίευση πολλών θεμελιωδών ερευνών, όπως οι γενικές των Alston και Turner (1963) και του Swain (1963,1966) και οι πιο εξειδικευμένες στα φλαβονοειδή και άλλες φαινολικές ενώσεις όπως αυτές του Harborne (1964, 1967). Παράλληλα, ο Hegnauer είχε ήδη ξεκινήσει να συγγράφει την σειρά Chemotaxonomie der Pflazen, όπου αναφέρει αναλυτικά όλες τις τρέχουσες διαθέσιμες πληροφορίες σχετικά με την παρουσία και κατανομή των μεταβολιτών εντός και μεταξύ των οικογενειών στα φυτά (Hegnauer, 1962-1990; Hegnauer and Hegnauer, 1992-1996).
Έως τότε είχαν συγκεντρωθεί αρκετά δεδομένα ώστε να επιτευχθεί μια σφαιρική περιγραφή της κατανομής των δευτερογενών μεταβολιτών στα διάφορα taxa. Ταυτόχρονα άρχισε να δημιουργείται «βιβλιοθήκη» πειραματικών δεδομένων από τις έρευνες που είχαν γίνει σχετικά με τη βιοσύνθεση αυτών των ενώσεως (Geissmann and Crout, 1969), γεγονός που επέτρεψε την δυναμική ανάπτυξη της βιοσυνθετικής φυλογένεσης έως και σήμερα.

Συμβολή της χημειοταξινόμησης στην ταξινόμηση των φυτών

Η ταξινόμηση των φυτών μπορεί να γίνει με την εξέταση είτε των ανατομικών μορφολογικών χαρακτηριστικών των φυτών (συστηματική βοτανική), είτε των γενετικών χαρακτηριστικών, είτε τέλος συγκεκριμένων χημικών ενώσεων (χημειοταξινόμηση). Επομένως, η χημειοταξινόμηση είναι ένας από τους τομείς που μπορούν να συμβάλλουν συμπληρωματικά στη διάκριση και ταξινόμηση των οργανισμών, ιδιαίτερα ενδοειδικά.
Οι φυτικές χημικές ενώσεις, όντας ποσοτικά και ποιοτικά μετρήσιμες, δίνουν μια ακριβέστερη εικόνα και εκφράζουν αμεσότερα την δραστηριότητα των πρωτεϊνών και επομένως του DNA σε σχέση με τη συστηματική βοτανική. Επίσης, η χημειοταξινόμηση μπορεί να λάβει χώρα ακόμα και όταν δεν διακρίνονται τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του φυτού.
Συγκεκριμένα, μετρήσεις των χημικών ενώσεων στα φυτά έχει οδηγήσει στην αναθεώρηση πολλών taxa. Πολλές οικογένειες που ήταν δύσκολο να ταξινομηθούν σύμφωνα με τη συστηματική βοτανική, αυτό επιτεύχθηκε μέσω του χημικού προφίλ των δευτερογενών μεταβολιτών τους. Για παράδειγμα, η οικογένεια Bonneticaceae που αποτελείται από δύο γένη, τα Bonnetia και Archytaeae, συσχετίζεται περισσότερο με την οικογένεια Guttiferae παρά με την οικογένεια Theaceae, όπως καταδεικνύει η παρουσία των ξανθονών. Επίσης η οικογένεια των Bretschneideraceae στην τάξη Capparales υποστηρίζεται από την παρουσία των γλυκοσιναλατών. Όσον αφορά σε χαμηλότερα ταξινομικά επίπεδα, αρκετοί μεταβολίτες έχουν χρησιμοποιηθεί στην ανάλυση ταξινομικών σχέσεων. Για παράδειγμα, η κατανομή διάφορων χημικών ενώσεων όπως τα αλκαλοειδή, οι κουμαρίνες και τα μονοτερπένια ή σεσκιτερπένια συνέβαλαν στην επιβεβαίωση της διχοτόμησης του γένους Murraya σε δύο taxa.

Άλλες χρήσεις της χημειοταξινόμησης

Με την εύρεση του χημειότυπου, μπορεί να γίνει αποτελεσματικότερη χρήση των φυτών ανάλογα με τις χημικές ουσίες που περιέχουν. Ακόμα και άτομα του ίδιου είδους μπορεί να είναι κατάλληλα για διαφορετικές χρήσεις ανάλογα με τον χημειότυπο που διαθέτουν. 
Μέσω της χημειοταξινομικής ανάλυσης επίσης είναι δυνατόν να αποφευχθεί το παράνομο εμπόριο απειλούμενων ειδών (σύμβαση CITES, IUCN). 
Όταν ένα φυτικό taxon (είδος) παράγει μια πολύτιμη φαρμακευτική ουσία απειλείται λόγω αλόγιστης χρήσης, η χημειοταξινόμηση μπορεί να συμβάλλει στην εύρεση άλλων που παράγουν την ίδια χημική ένωση. Για παράδειγμα, η κλεροδενδροσίδη (clerodendroside) είναι ένα φλαβονοειδές με αντιυπερτασική δράση, που αρχικά θεωρούνταν ότι προέρχεται μόνο από ένα είδος, το Clerodendum trichotomum, οικογένεια Lamiaceae, προηγουμένως Verbenaceae. Πρόσφατα, μια χημειοταξινομική έρευνα σε συγγενή γένη έδειξε ότι αυτό το συστατικό απαντάται σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις και στο καλλωπιστικό φυτό Tripora divaricata (Maxim.)P.D.Cantino (= Caryopteris divaricata (Maxim.). Έτσι, για την παραγωγή της κλεροδενδροσίδης χρησιμοποιείται το δεύτερο είδος, προστατεύοντας το πρώτο από την εξαφάνιση (Grayer, 2006).