Basiswissen systematische Zoologie Teil I PDF

Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Basiswissen systematische Zoologie Teil I (Protostomia) Ziele der Vorlesung: - Überblick über die Baupläne und die Biologie der Tiere - Evolutionsbiologische Zusammenhänge im T...

Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Basiswissen systematische Zoologie Teil I (Protostomia) Ziele der Vorlesung: - Überblick über die Baupläne und die Biologie der Tiere - Evolutionsbiologische Zusammenhänge im Tierreich - Artkonzept, Mechanismen der Artbildung - Taxonomie, Methoden der Verwandtschaftsforschung  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Programm der Vorlesung (Teil 1): - Taxonomie, Artkonzept, Artbildung, Verwandtschaftsforschung - Protozoa, Porifera, Cnidaria, Ctenophora Plathelminthes, Rotatoria, „Tentaculata“, Nemertini Mollusca - Annelida, Nematoda, Chelicerata - Crustacea, Myriapoda - Insecta  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Literatur: Campbell, N.A. & Reece, J.B. (2015) Biologie. 10. Auflage. Pearson. Kapitel 22-25, 28, 32-34 Brusca, R.C., Moore, W. & Shuster, S.M. (2016) Invertebrates. Third Edition. Sinauer. Westheide, W. & Rieger, R. (2006) Spezielle Zoologie. Teil 1: Einzeller und Wirbellose Tiere. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag Burda, H., Hilken, G., Zrzavý. J. (2015) Systematische Zoologie. 2. Auflage. UTB basics, Ulmer Verlag.  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Artbegriff, Artbildung, taxonomisches System (Fechter & Falkner, 1989) Stammbaum von Ernst Haeckel (1866)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Was ist eine Art? Wie ist eine Art gegenüber anderen Arten abzugrenzen? Es gibt verschiedene Artkonzepte: Z.B. Biospecies (biologisches Artkonzept), Ökospecies, Evolutionslinie, Morphospecies (phänetisches Artkonzept) Biologisches Artkonzept (E. Mayr): Arten sind Gruppen sich miteinander kreuzender natürlicher Populationen, die hinsichtlich ihrer Fortpflanzung von anderen derartigen Gruppen Von University of Konstanz - Meyer A. (2005). "On the Importance of Being Ernst isoliert sind und fertile Nachkommen zeugen. Mayr". PLoS Biology 3 (5): e152. DOI:10.1371/journal.pbio.0030152., CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid =1381910  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Typologisches (phänetisches) Artkonzept: Zu einer Art werden diejenigen Individuen gerechnet, die in allen wesentlichen, meist strukturellen Merkmalen untereinander und mit ihren Nachkommen übereinstimmen. 1. Phänetische Merkmale können einer großen Schwankungsbreite unterliegen (Plastizität), z.B. durch Umwelteinwirkungen oder Spezialisierung auf bestimmte Arbeitstätigkeiten  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Variabilität der Gehäusebänderung bei Cepea nemoralis: Anpassung an verschiedene Lebensräume (Prädation!) (Fechter & Falkner, 1989) Theridion grallator Polymorphe Art https://evolution.berkeley.edu/evo101/VADefiningSpecies.shtml Soldatin Pheidole barbata Polymorphe Art „normale“ Arbeiterin https://www.discoverlife.org/mp/20p?see=I_ALW296&res=640&mobile=1  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Saisondimophismus Zwei Generationen, Puppe überwintert Von Jörg Hempel, CC BY-SA 3.0 de, Von Christian Fischer, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19258011 https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34798328 Landkärtchen - Frühlingsgeneration Landkärtchen - Sommergeneration (Araschnia levana f. levana), Kurztag (Araschnia levana f. prorsa), Langtag https://commons.wikimedia.org/w/ https://commons.wikimedia.org/w/in Eigenes Werk, CC BY-SA 2.5, Von André Karwath aka Aka - Von James Lindsey at Ecology of Commanster, CC BY-SA 3.0, Eine index.php?curid=302285 dex.php?curid=1704265 Generation, Imago überwintert Stenodema laevigata, grüne Form, Frühjahr Stenodema laevigata, braune Form. Herbst  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation 2. Merkmale von männlichen und weiblichen Tieren unterscheiden sich (Sexualdimorphismus) Es werden fälschlicherweise zwei Arten erkannt Larve: Triungulinoide Insecta-Ordnung (Ausbreitungsstadium) Strepsiptera Männchen (keine Nahrungs- aufnahme) Weibchen (endoparasitisch) (aus Weber, 1974, verändert) Von Aiwok - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=14651890 (Bellmann & Honomichl, 2007)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Hirschkäfer Männchen Weibchen Schwarze Heidelibelle (Sympetrum danae), Männchen Von Loz (L. B. Tettenborn) - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4600043 Schwarze Heidelibelle (Sympetrum danae), Weibchen Von Didier Descouens - Eigenes Werk, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25239625 Von Loz (L. B. Tettenborn) - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4627645 Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Sexualdimorphismus bei Rotschwänzen (Gattung Phoenicurus) (aus Jonsson 1992, verändert)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation 3. Individuen, die zunächst keine phänetischen Unterschiede zeigten, können sich nicht fruchtbar fortpflanzen („sibling species“) Fitis: Phylloscopus trochilus Zilpzalp: Phylloscopus collybita Von synspectrum - Eastern meadowlark, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47 119613 Sturnella magna Sturnella neglecta (aus Jonsson 1992, verändert)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Sturnella neglecta Sturnella magna Von synspectrum - Eastern meadowlark, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=47 119613 Sturnella neglecta Sturnella magna Von Cephas - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, Von Cephas - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? https://commons.wikimedia.org/w/index.php? curid=7993905 curid=8001059  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation 4. Individuen aus Populationen die sich ausschließlich parthenogenetisch oder auf vegetative Weise vermehren kein Genfluß! Von Claudio Gratton, University of Wisconsin - Von (Photo: Paul Hebert) - Functional Genomics Thickens the http://www.planthealth.info/images/high_res/aphid_oneil_highres.jpg, Attribution, Biological Plot. Gewin V, PLoS Biology Vol. 3/6/2005, e219. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5882415 doi:10.1371/journal.pbio.0030219, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1428600  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation 5. Superspecies mit geografischen Unterarten kreuzen sich nur noch teilweise Ringspecies Phylloscopus trochiloides https://de.wikipedia.org/wiki/Ringspezies#/media/File:Ring_species_diagra m.svg Grünlaubsänger keine Hybridisierung (Mischwälder, Taiga) plumbeitarsus viridianus Tibetan Plateau https://www.zoology.ubc.ca/~irwin/GreenishWarblers.html - verändert https://www.zoology.ubc.ca/~irwin/GreenishWarblers.html Irwin et al. Science (2005) 307, 414-416 Irwin et al. Nature (2001) 409, 333-337  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Artbildung (Speziation) - Allopatrische Artbildung - Sympatrische Artbildung  Zeit Barriere keine Barriere By Ilmari Karonen - Based on en:Image:Speciation modes.png and <http://www.bio.miami.edu/dana/160/speciation.jpg> from <http://www.bio.miami.edu/dana/160/160S04_6.html>. Adapted from: Spring 2006, Lecture Notes for EVOLUTION AND BIODIVERSITY class (BIL 160 Section HJ) by Dr. Dana Krempels, dana at miami dot edu., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=961776 Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Adaptive Radiation Beispiele: - Darwin Finken (Galapagos) - Cichliden (African Great Lakes) - Kleidervögel (Hawai)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Adaptive Radiation der Darwinfinken auf Galapagos (aus Freeman & Herron, 2001) (aus Linder, 1983)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Sympatrische Artbildung durch Polyploidisierung: 1. Selbstbefruchtung: Autopolyploidie Kartoffel Banane Von Esskay, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php?curid=3625977 (aus Campbell & Reece, 2002, verändert)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation 2. Hybridisierung: Allopolyploidie (oft steril) Zweimalige Einkreuzung von Gameten der Art B (aus Campbell & Reece, 2002, verändert)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Weizen, Tabak, Baumwolle, Zuckerrohr …. T. aestivum 6x (hexaploid) AABBDD 4x (tetraploid) T. turgidum (Emmer) AABB 2x (diploid) AA BB DD T. urartu ? Aegilops (Einkorn) squarrosa CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.or http://botit.botany.wisc.edu/Resources/Systematics/Ma g/w/index.php?curid=5716 gnoliophyta/Liliopsida/Poales/Poaceae/Aegilops/Aegil ops%20squarrosa%20DW%20.jpg.html  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Polyploidisierungen während der Stammes- geschichte der Eukaryoten = Palaeopolyploidie By 5dPZ at the English Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7501493  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Viele invasive Arten sind polyploid. Gründe für den Erfolg: - Mehr Rekombinationsmöglichkeiten? (größeres evolutionäres Potential) - Höhere Mutationsraten? Rubus (Brombeere) Brombeere, Rubus Von Péter Nagy - https://www.flickr.com/photos/nagy_p ite/3758929675, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/ind ex.php?curid=56242196  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Sympatrische Artbildung durch sexuelle Selektion: Auslese von Männchen nach Anzeichen die eine erhöhte Fitness signalisieren (Farbe, Körpergröße, etc.) -> „assortative mating“ -> Artbildung Cichliden (Buntbarsche) der ostafrikanischen Seen (z.B. Lake Victoria, 250-300 Arten) Von Reinhard Kraasch (Diskussion) - Image:Rift.svg derived from Image:Great_Rift_Valley.png made by En rouge. Blank map: Image:Africa map political.svg, CC BY-SA 3.0, (aus Campbell & Reece, 2002, verändert) https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68155664  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Bedingungen: starke Selektion Von High Contrast - Selbst fotografiert, CC BY 3.0 de, Partnerwahl muss mit Faktor https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=225 05793 Apfel: Neuer Wirt korreliert sein, der Selektion Weißdorn: Ursprünglicher Wirt bedingt https://commons.wikimedia.org/w/index.ph http://www.insectimages.org/browse/detail. cfm?imgnum=5402797, CC BY 3.0, Von Joseph Berger, Bugwood.org - Beispiel: phytophage Insekten p?curid=11649117 Rhagoletis pomonella (Diptera/Tephritidae)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Artbildung und die Evolution von Merkmalen Graduelle Sprunghafte Evolution Evolution (Punktualismus) (aus Campbell & Reece, 2002, verändert)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Mikroevolution: Veränderung der genetischen Konstitution (Allelfrequenz) in Populationen durch genetische Drift und natürliche Selektion Pop. 1 Pop. 2 Pop. 1: 12xA, 0xB Pop. 2: 7xA, 5xB AA AA AA AA AA AA AB AA AB AA BB AB Makroevolution: Evolution von Merkmalen oberhalb der Artebene (Speziation) AA AA AA AA BB BB BB BB AA AB AB BB (aus Campbell & Reece, 2002, verändert) (Leliaert , et al. 2014)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Das Taxonomische System (seit 1758, Carl v. Linné) Bestehend aus Gruppen, die sortiert sind und denen ein fester Platz zugeordnet ist Rangfolge von über- und untergeordneten Gruppen, die wiederum in kleinere Einheiten verschachtelt sind (hierarisch enkapitsches System) Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Im Taxonomischen System heißen die Gruppen Kategorien Kategorien bezeichnen einen Rang sind also abstrakte Bezeichnungen (z.B. Gattung) Taxon (pl. Taxa) bezeichnet eine konkrete Einheit von Tieren, egal welche Rangfolge sie im System wahrnehmen (z.B. Felis) Gattung (Kategorie): Felis (Taxon)  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Die wichtigsten Kategorien Kategorie Taxon Schreibweise Stamm (Phylum) Chordata Klasse (Classis) Mammalia beliebig Ordnung (Ordo) Carnivora uneinheitlich Familie (Familia) Felidae -idae Gattung (Genus) Felis beliebig ab Gatttung kursiv Art (Species) Felis silvestris SCHREBER, 1777  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Kategorie Taxon  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Das Taxonomischen System: Auslaufmodell der Systematik? Kontra: a) Kategorien willkürlich, es gibt keine objektiven Kriterien (Morphologie oder genetische Unterschiede) für deren Abgrenzung, b) Kategorien ordnen nur, geben aber nicht die tatsächliche Verwandtschaft der Taxa wieder, c) Theoretische Grundlagen die das System rechtfertigen nicht vorhanden (im Gegensatz zur phylogenetischen Systematik) Pro: a) Leichter Zugang in die Systematik, gerade für Anfänger*Innen gut als Einstieg geeignet, b) logisch (hierarisch) aufgebaut, daher eingänglich  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Artbeschreibung, binominale Nomenklatur und Nomenklaturregeln Ziel: Internationale Verständigung über Arten Jeder Artname muss einmalig und stabil sein! International verbindliche Regeln bei der Artbeschreibung von lebende und ausgestorbenen Taxa Seit Linné („Systema Naturae“, 10. Auflage 1758) gilt die binominale Nomenklatur: Jede Art hat zwei latinisierten Namen: (i) Gattungsnamen und (ii) Epitheton (Beiwort) Beispiele: Musca domestica Linnaeus 1758 Von AnRo0002 - Eigenes Werk, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid= Melandrium album (Miller) Garke (1858) 32426691  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Veröffentlichung der Artbeschreibung (=Steckbrief) Identifizierung der neuen Art durch andere muss gewährleistet werden Dazu gehören: - neuer Name - geeignete Abbildungen - Abgrenzung der Merkmale gegenüber ähnlichen Arten - Größenangaben und Maßstäbe - Variabilität (phänotypische Plastizität) - Verhalten - Ökologie - Verbreitung - Biologische Besonderheiten  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Jedes Art-Taxon darf nur einen einzigen Namen haben. Bei Doppelbeschreibungen: Prioritätsregel: der älteste verfügbare Name ist der gültige Beispiel: gültig: Apis mellifera Linnaeus 1758 Synonym: Apis mellifica Linnaeus 1761 Von Andreas Trepte - Eigenes Werk, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10979574  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Bei doppelter Namenvergabe (Homonyme): der ältere wird beibehalten, der andere Name durch einen neuen ersetzt Beispiel: Trilobus Brünnich 1781 (Trilobit) CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=113742 Trilobus Bastian 1865 (Nematode) Neuer Name für den Nematoden: Von Scot Nelson - Tobrilus https://www.flickr.com/photos/scotn elson/27834122886/in/album- 72157669187512870/, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/in dex.php?curid=81859331  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Typenfestlegung: Ein Exemplar der Art wird als Typus an einem Museum oder Institut hinterlegt: Holotypus (ein einzelnes Individuum, urkundliche Grundlage für den Artnamen) Weitere Exemplare die dem Autor bei der Beschreibung vorliegen werden als Paratypen auf verschiedene Museen verteilt Locus typicus = Örtlichkeit an dem ein Stüben (2005) Typusexemplar gesammelt wurde http://www.coleo.de/2005/Basar/W31_02.jpg bei Fossilien: Stratum typicum Locus typicus von zwei Rüssel- käferarten auf Cran Canaria  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Zusammenfassung 1. Das taxonomische System dient zum ordnen von Organismen 2. Es gibt eine Reihe von verschiedenen Artkonzepten. Das gängigste Artkonzept ist das biologische Artkonzept, das eine Art als Fortpflanzungsgemeinschaft definiert 3. Phänotypische Plastizität, Sexualdimorphismus und scheinbar nur geringfügige morphologische Unterschiede können die Unterscheidung von Arten nach morphologischen Kriterien erschweren 4. Allopatrische und sympatrische Artbildung sind die wichtigsten Konzepte für das Verständnis von Speziations-Prozessen. Sexuelle Selektion und Polyploidisierung sind wichtige Mechanismen die zu sympatrischer Artbildung führen können 5. Gradualismus und Punktualismus sind Konzepte für die Dynamik der Veränderung von Merkmalen im Verlauf der Evolution 6. Die binominale Nomenklatur benennt Arten nach vorgeschriebenen Regeln und ermöglicht dadurch eine internationale Verständigung von Wissenschaftlern  Basiswissen systematische Zoologie Teil I Artbegriff und Speziation Quellen: Bellmann, H., Honomichl, K., & Jacobs, W. (2007). Biologie und Ökologie der Insekten: ein Taschenlexikon. Elsevier, Spektrum Akad. Verlag. Freeman, S., & Herron, J. C. (2001). Evolutionary Analysis–Prentice Hall. New York. Jonsson, J. (1992) Die Vögel Mitteleuropas. Franckh-Kosmos Verlag. Campbell, N.A. & Reece, J.B.(2004) Biologie. 6. Auflage. Spektrum, Heidelberg. Campbell, N.A. & Reece, J.B.(2009) Biologie. 8. Auflage. Pearson Education. Deutschland GmbH, München. Fechter, R. & Falkner, G. (1989) Die farbigen Naturführer. Weichtiere. - Mosaik Verlag GmbH München. Sudhaus, W. & Rehfeld, K. (1992) Einführung on die Phylogenie und Systematik. Gustav Fischer, Stuttgart. Leliaert, F., Verbruggen, H., Vanormelingen, P., Steen, F., López-Bautista, J. M., Zuccarello, G. C., & De Clerck, O. (2014). DNA-based species delimitation in algae. European journal of phycology, 49(2), 179-196. Linder, H. (1983) Biologie. Schroedel Verlag GmbH, Hannover. Weber, H. (1974) Grundriß der Insektenkunde. 5. Auflage. Gustav Fischer, Stuttgart, New York. Disclaimer: Diese Datei enthält Unterrichtsmaterialien der Lehrveranstaltung Aufbaumodul „ Tiere, Interaktionen und Lebensgemeinschaften“ des BSc Studiengangs Biologie der Philipps-Universität Marburg. Die Inhalte sind nur für die Modulteilnehmer bestimmt und dürfen nicht weitergegeben, anderweitig verwendet oder veröffentlicht werden.