Ringvorlesung „Biologie I: Biodiversität und Evolution“WINTERSEMSTER 2008-2009

http://www.bot.uni-heidelberg.de/koch/

Marcus KochHeidelberger Institut für Pflanzenwissenschaften

BIODIVERSITÄT und PFLANZENSYSTEMATIK

2. (14.)

Literaturempfehlungen:

1) Einstieg: Dieter Hess. 2005. Systematische Botanik. UTB Verlag, Stuttgart, 239 Seiten [19,90 €]2) Vertiefung: Peter Sitte et. al. 2002. Strasburger – Lehrbuch der Botanik. 35. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1119 Seiten [99,90 €]. – inkl. CD-Rom

3) Begriffe (Dt): CD-Rom (Besl et al. – zum Strasburger) Wörterbuch zur Botanik von G. Wagenitz Begriffe (Engl): Edmund Launert. 1998. Biologisches Wörterbuch. UTB Verlag, Stuttgart, 739 Seiten [39,90 €]

4) Vertiefung (Engl): Walter S. Judd et al. 2002. Plant systematics: a phylogenetic approach. Sinauer Associates, Sunderland, USA, 576 Seiten, [102,50 €]. - inkl. CD-Rom

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Taxonomie und Systematik:

* taxonomische Einheiten* „der“ pflanzliche Artbegriff

Benennung der Pflanzen: Nomenklatur

* Regelwerk (International Code of Botanical Nomenclature)* Formale Aspekte werden unter dem Begriff TAXONOMIE zusammengefasst

* Grundlage: binäre Kombination (Binom)Gattungsnamen + Artepithet (z.B. Fagus sylvatica)zusätzlich: Autorenname des Erstbeschreibers (z.B. Fagus sylvatica L.)

in diesem Fall: L. = Linnaeus[Species Plantarum, 1753], Prioritätsregel

* Synonyme: mehrere Namen für ein Taxon* Homonyme: gleiche Namen für verschiedene Taxa* Basionym (ursprünglicher Name): Achillea sudetica Opiz Achillea millefolium L. subsp. sudetica (Opiz) Oborny

nomen conservandum

nomen conservandum, nom.cons., geschützter Name E: conserved name Eine Name einer Familie, Gattung oder Art, der durch ein bestimmtes Verfahren festgelegt (geschützt) ist und verwendet werden muss, auch wenn er sonst nach den Regeln illegitim ist (z.B. als jüngeres Homonym).

Geschichte: Der Gedanke, Namen zu konservieren, wurde durch das Werk von O. KUNTZE (1891) ausgelöst, der die Regeln der Nomenklatur von 1867 konsequent anwendete und zeigte, dass danach über 1000 Gattungsnamen zu ändern seien. In einem ersten Antrag Berliner Botaniker (Ber. Deutsch. Bot. Ges. 10: 327. 1892) wurden 81 bekannte Gattungsnamen zur Konservierung vorgeschlagen. Der Botanische Kongress in Wien 1905 akzeptierte das Prinzip des Schutzes von Gattungsnamen und der Code von 1912 enthielt eine Liste von 405 Namen. Später wurde das Vorgehen zur Konservierung formalisiert durch das Einschalten von Nomenklatorischen Kommitees. Außerdem wurde die Konservierung auf Artnamen ausgedehnt (seit Code 1. ICBN 1983).

Rangstufen der Pflanzen-Nomenklatur

Analog zu Strasburger (Lehrbuch der Botanik, 35. Aufl. 2002)

Reich EucaryaUnterreich - bionta ChlorobiontaAbteilung bzw. Stamm - phyta, -mycota StreptophytaUnterabteilung - phytina, -mycotina SpermatophytinaKlasse - phyceae, -mycetes, -opsida, -atae MagnoliopsidaUnterklasse - idae RosidaeÜberordnung - anaeOrdnung - ales AsteralesFamilie - aceae AsteraceaeUnterfamilie - oideae AsteroideaeTribus - eae AnthemideaeGattung AchilleaSektion AchilleaSerieAggregat A. millefolium agg.Art A. millefoliumUnterart A. m. subsp. sudeticaVarietätForm A. m. subsp. s. f. rosea

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Einige Artbegriffe definieren Arten zu einem bestimmten Zeitpunkt ihrer Genese, andere definieren Arten durch ihre evolutionäre Geschichte und den Ökologischen Kontext

* Taxonomischer Artbegriff (auch „morphologischer“ oder „phenetischer“ A.)

* Biologischer Artbegriff (Auskreuzende Individuen – Drosophila genetics, Mayr 1963)Genfluß, Genpool, Heterozygotie (Ausgangspunkt der Gentik)

* Ökologischer Artbegriff: Definition über die ökologische Nische

* Evolutionärer Artbegriff (Simpson 1961): hier werden evolutionäre Linien definiert und für den Artbegriff herangezogen

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Beispiel taxonomischer Artbegriff (und seine Grenzen):

Taraxacum officinale agg.: In Mitteleuropa hunderte von Arten, die durch kleinstemorphologische Unterschiede getrennt werden kölnnen, ABER die einzelnenSippen sind weitgehend APOMIKTISCH

Dennoch gibt es immer wieder Sexualität,was dann zu neuen Typen führt!

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Beispiel biologischer Artbegriff (und seine Grenzen):

1. Fortpflanzungsgemeinschaft (bildet eine umgrenzte Gruppe)ABER etwa 1/3 aller höheren Pflanzen sind INZÜCHTER

ABER Pflanzen sind i.d.R. nicht mobil und es gibt KEINE freie Kreuzbarkeit

2. Aufbau von Kreuzungsbarrieren (ökologisch, biologisch, geographische, …)

3. Ausgangspunkt: heterogene Umwelt und biparentale Fortpflanzung

Microthlaspi perfoliatum L. (selbstend)diploidpolyploid

Thlaspi erraticumThlaspi improperum

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Beispiel Evolutionärer Artbegriff (und seine Grenzen):

1. Konzept ist auf alle Fortpflanzungsmodi anwendbar!

2. Ähnliche Genotypen werden in einer ähnlichen Umwelt zusammengehalten

ABER: Über 50% der Pflanzen sind polyploid und eventuell „hybridogenen“ Ursprungs- keine Abstammungslinien, sondern retikulate Muster!

A B C D E F A B C D E F

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Beispiel Cochlearia - Löffelkraut

A B C D E F

ancestral diploid Cochlearia

C. macrorrhiza

C. groenlandica C. islandica 2n=12 2n=14

C. pyrenaica

C. officinalis

C. polonica

C. bavarica

C. tatrae

C. anglica

ssp. officinalis

ssp. norvegica

ssp. integrifolia

C. danica

C. aestuaria

C. tridactylitis

C. oblongifolia

2n=6x

2n=4x

2n=8x

2n=6x

mostly coastal taxa

nordic / subarctic /arctic taxa

Central European inland taxa

C. excelsa

??

FIGURE 1

Cochlearia excelsa

Der Artbegriff: allgemein und in der Botanik

Schlussfolgerung:

Die Art ist und bleibt wichtigste Einheit der Biodiversitätsforschung und auch der phylogenetischen Systematik

dennoch

bedarf der Begriff ART immer wieder einer kritischen Reflektion.

Übersicht über das System der Pflanzen

SCHEMA UNTER:http://www.bot.uni-heidelberg.de/koch/

Studenten/WS-2008-2009/GV-BIO-1

aus Strasburger (Lehrbuch der Botanik, 35. Aufl. 2002)

Pflanzen sind photoautotrophe, eukaryotische Organismen.

Im Rahmen der Botanik werden aberauch alle jenen heterotrophen O.

besprochen, die sich von autotrophenableiten oder die zum Verständnisder Phylogenie der Autotrophen

wichtig sind.

Organisationstyp (allgemeiner Bauplan):

Alte Bezeichnung der Großgruppen: ProkaryotenProkaryotische AlgenSchleimpilzePilzeEukaryotische AlgenFlechtenMoose und Gefäßpflanzen

Innerhalb all dieser Organisationstypen gibt es, auf verschiedene Merkmale/Merkmals-Komplexe bezogen, Progressionsreihen (Anpassungsstufen, Organisationsstufen):

z.B.: Aufbau eines Organismuseinzellig, mehrzellig-zerfallend, einfaches Sprossmycel, Zellfäden mit echten Verzweigungen, Ausbildung von Plasmodesmen,mehrere Zellfäden bilden Pseudogewebe, Gewebebildung, Gewebe-differenzierung und Kormusbildung (höhere Pflanzen)

AUSSCHNITTE DIESER REIHE FINDET MAN IN PROKARYOTEN,PILZEN ODER ALGEN VERWIKLICHT – auch Rückentwicklung möglich

ORGANISATIONSTYPEN

BAKTERIENPROKAROTISCHE ALGEN

EUKARYOTISCHE ALGENSCHLEIMPILZEPILZEFLECHTENMOOSE und GEFÄßPFLANZEN

Organisationstypen entsprechen vielfach Entwicklungsstufen und sind als solche Ausdruckmehrfach unabhängig vollzogener Anpassungen an bestimmte Lebensbedingungenbzw. der allgemeinen organisatorischenHöherentwicklung.

aus Strasburger (Lehrbuch der Botanik, 35. Aufl. 2002)

I. Reich BACTERIA1. Abteilung: Posibacteriota2. Abteilung: Negibacteriota3. Abteilung: Cyanobacteriota4. Abteilung: Prochlorophyta

II. Reich ARCHAEA1. Abteilung: Crenachaeota2. Abteilung: Euryarchaeota

III. Reich EUCARYA 1. Unterreich: Acrasiobionta

1. Abteilung: Acrasiomycota 2. Unterreich: Myxobionta

1. Abteilung: Myxomycota2. Abteilung: Plasmodiophoromycota

3. Unterreich: Heterokontobionta1. Abteilung: Labyrinthulomycota2. Abteilung: Oomycota3. Abteilung: Heterokontophyta

4. Unterreich: Mycobionta (Chitinpilze)1. Abteilung: Eumycota

ORGANISATIONSTYPEN

BAKTERIEN PROKAROTISCHE ALGEN EUKARYOTISCHE ALGEN SCHLEIMPILZE PILZE

III. Reich EUCARYA 5. Unterreich: Glaucobionta 6. Unterreich: Rhodobionta

1. Abteilung: Rhodophyten(inkl. Cryptophyta, Dinophyta, Haptophyta, Heterokontophyta)

7. Unterreich: Chlorobionta1. Abteilung: Chlorophyta (Grünalgen I)

(inkl. Chlorarachniophyta, Euglenophyta)2. Abteilung: Streptophyta

1. Unterabteilung: Streptophytina (Grünalgen II)2. Unterabteilung: Bryophytina (Moose)3. Unterabteilung: Pteridophytina (Farnpflanzen)4. Unterabteilung: Spermatophytina (Samenpflanzen)

ORGANISATIONSTYPEN

EUKARYOTISCHE ALGEN MOOSE und GEFÄßPFLANZEN

ORGANISATIONSTYPEN

BAKTERIENPROKAROTISCHE ALGEN

EUKARYOTISCHE ALGENSCHLEIMPILZEPILZEFLECHTENMOOSE und GEFÄßPFLANZEN

Organisationstypen entsprechen vielfach Entwicklungsstufen und sind als solche Ausdruckmehrfach unabhängig vollzogener Anpassungen an bestimmte Lebensbedingungenbzw. der allgemeinen organisatorischenHöherentwicklung.

aus Strasburger (Lehrbuch der Botanik, 35. Aufl. 2002)

Übersicht über das System der Pflanzen

aus Strasburger (Lehrbuch der Botanik, 35. Aufl. 2002)

Endocytose – Endosymbiontentheorie

Ein Schlüssel zum Verständnisder Evolution aller Organismen.

Prim. Endocytobiose:(Gram neg. Bakterien)(Blau“algen“)

Mitochondrienprimäre Plastiden

Sek. Endocytobiose:(Rotalgen, Grünalgen)

Plastiden der RotalgenPlastiden der Grünalgen

Ektocytobiose: Flechten

FortpflanzungKernphasenwechsel

Generationswechsel