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Forstbotanik (Subject) / Alles (Lesson)

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• Systematik Wissenschaft, die die Erfassung der Mannigfaltigkeit der Lebewesen zum Ziel hat. Endprodukt ist optimales Cladogramm. Beschäftigt sich mit: Diversität, Art-Beschreibung, Verwandschaft, Entstehungsgeschichte, Beziehungen der Arten untereinander
• Taxonomie Anordnung von Sippen (Stammbaumästen) in System abgestufter Verwandtschaft. Dient Beschreibung & Wiedererkennung von Taxa. Phylogenetische Tax. braucht divergente Evolution.
 Eindeutige Hierarchie/Nomenklatur.
 Ergebnis ist ein Stammbaum/Cladogramm.
• Taxon Taxon ist eine Sippe (= Gruppe von Individuen), mit bestimmten Platz und formalen Namen in hierarchischem System.
• Nomenklatorischer Typus konkretes Belegexemplar, Erstbeschreibung der Merkmale des Taxons darauf bezogen; Aufbewahrung in öffentlich zugänglicher Sammlung, Gattungs-Name, Art-Beiname, (KlammerAutor), Autor
• Sippe bestimmte Verwandtschaftsgruppe (Stammbaumast) beliebiger Rangstufe
• Binom wissenschaftlicher Name einer Art, aus Gattungsnamen und einem Art-bezeichnenden Zusatz, von Lineé; Vollständig nur mit Autor der Erstbeschreibung; z.B.: Tilia cordata (L.), Fagus sylvatica (L.), Abies alba (Mill.); international einheitlich & einmalig; Regeln nach ICN, keine Tautologien erlaubt
• Art Grundeinheit der biologischen Systematik, Fortpflanzungsgemeinschaft, Konzept für Vorstellung und Erklärung der Evolution 1) biologischer Artbegriff: Fortpflanzungseinheit; 2) morphologischer Artbegriff: mittels charakteristischer gemeinsamer Merkmale
• Schwestergruppen >2 Taxa auf eine Stammart zurückführbar (nächste Verwandte aus unmittelbar gemeinsamen Vorfahren), durch Synapomorphien begründet, im System nebeinander, z.B. Subspecies: Pinus mugo ssp. ucinata /rotundata Vergleich wichtig -> apomorphe Merkmale?
• Neue Art bekannt machen Ich halte mich an sippentaxonomischen Nomenklaturregeln der internationalen Botaniker- kongresse; ICBN, nomenklatorischer Typus in öffentlichem Herbarium, in englischer Sprache (früher Latein)
• Geänderte Pflanzennamen (Wer bestimmt wie die Pflanzentaxa beschrieben werden müssen) Weil sich die Erkenntnisse bei neuen Untersuchungen ändern können, Namensgebung nach Regeln von ICBN und ICNCP (International Code of Botanic Nomenclature, International Code of Nomenclature for Cultivated Plants), Binom!
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• Hierarchische Rangstufe bionta (UReich)-phyta (Stamm)-phytina (UAbteilung)-phyceae(opsida,atae; Klasse)-idae (UKlasse)-anae (ÜOrdnung)-ales (Ordnung)-aceae (Familie)-oideae (UFamilie)-eae (Tribus)Gattung-(Aggregat)-Art-UArt
• Phytographie pragmatisch Erfassung v. Merkmalen (wie Taxonomie) zur Bestimmung (in allen ontogenetischen Zuständen), Zweck nur Bestimmung der Art/UArten, Endprodukt ist Bestimmungsschlüssel Wegen Modifikation (saisonal,ontogenetisch,Standort) oft schwer
• Modifikation Anpassung des Phänotyps an externe Faktoren. (Nicht Mutation, vielleicht epigenetisch weitergegeben), Variation gewisser Merkmale, fließende und umschlagende (Polyphänismus) möglich, Löwenzahn (Proportionen der Organe), Pfeilkraut (andere Blätter)
• Phänetische/Phylogenetische Systematik Phänetische: optische Beurteilung der Merkmale; Zusammenfassung in Taxa nach Linné, Einordnung durch messbare Unterschiede/anatomische Ähnlichkeit (Ähnlichkeitsmatrix) Phylogenetische (Phylogenie, Cladistik): nach Darwin; beruht darauf ob 
 Merkmal apomorph/plesiomorph sind, Cladogramm; Entwicklung Arten aus einer gemeinsamen Vorläufersippe: Netzwerk von Reproduktionszyklen; Mutation; Selektion durch Raum, Zeit und Kreuzungsbarrieren
• Phylogenetische Systematik Analyse Werden/Vergehen von Arten auf Basis von Merkmalsprogressionen und Konstruktion von Stammbäumen (Cladogrammen). (Annahme: divergente Evolution)
 Arbeitsweise: 
 - homologe Merkmale auswählen & nach Ausprägungsform unterteilen 
 - Erstellung von Netzwerken unter Benutzung der Merkmalsausprägungen 
 - Weiterentwicklung zu Cladogrammen mit Polarisierung durch Outgroups (Rooting=
• Unterschied Phänetik und Phylogenetik - Phänetik: (äußere) Merkmale alle gleich behandelt, mit math. Methoden ausgewertet -> Gesamtähnlichkeit unterschiedlicher Individuen -> daraus Verwandschaft abgeleitet - Phylogenetik: Merkmale (v.a. genetische) in zeitliche Reihe, das Entstehen/Vergehen von Taxa (Mutation/Selektion) verstehen/beschreiben -> Stammbäume (mit „Outgroups“ polarisiert)
• Ontogenie gesamte Entwicklung eines einzelnen Organismus (nicht der Art). Von Zygote über ausgewachsenen, bis Rückbildung/Tod
• Outgroups Bezugsgruppe für Ermittlung evolutionärer Beziehung zw. anderen Gruppen von Organismen, vermutete Basale Schwesterngruppe, (nahe verwandt aber nicht so eng wie Gruppen untereinander, oft nicht ganz sicher), früher abgezweigt -> plesiomorphe Merkmale für Rooting
• Stammbaum Reduktion der Abfolge evolutionärer Vorgänge auf aufgezweigte Abstammungslinien
• Dendrogramm baumartige, graphische Darstellung von Ähnlichkeits- oder Abstammungsverhältnissen.
• Cladogramm Zeigt das Werden und Vergehen von Pflanzenarten (Phylogenie), in Form eines Phyllograms, Stammbaums; dichtom verzweigt (min. 1 Aut-apomorphie), nicht gewichtet, keine absolute Zeitachse,
• Unterschied Cladogramm und Dendrogramm Cladogramm: (Darwin) basiert auf Merkmal apomorph/plesiomorph (Rooting mit “Outgroops”, Schwesterngruppen, nur apomorphe Merkmale ermöglichen Aussage über Verwandschaft), Phylogenie, Merkmalstransformationen minimieren -> Stammbaum Dendrogramm: (Linne) Ähnlichkeiten zw. Taxa, Ähnlichkeitskoeffizient = gemeinsame/gesamte Merkmale; zu Gruppen abnehmender Ähnlichkeiten zusammengefasst, Phänetik = Baumdiagramm
• Probleme bei der Konstruktion von Cladogrammen (morphologischanatomische Merkmale) Modifikation von Markmalen (saisonal/ontogenetisch/Standort), Paralellismen/Reversals, Aussehen sagt wenig über evolutionäre Entstehungsgeschichte, plesiomorphe Merkmale und Richtung der Merkmalsänderungen nicht sicher
• 3 grundsätzlichen Techniken um hierarchische Verwandtschaftsbeziehungen (phylogenetischer Stammbäume) zu berechnen Parsimony analysis: einfachster = kürzerster Stammbaum-Weg = geringste Anzahl von Merkmalswechsel (gut bei schrittweiser Evolution) Minimum distance method: kürzestes Ähnlichkeitsnetzwerk, auf Basis einer gerooteten Ähnlichkeitsmatrix Maximum likelihood method: Merkmals-Entwicklungslinien, die die verglichenen Sippen am besten differenzieren; Diskriminanzanalyse, wahrscheinlichster Weg, DNA-Daten
• Molekulargenetische Merkmale DNA extrahieren, Abschnitt auswählen (Unterschiede wahrscheinlich, Sequenz bekannt), Vervielfachung, Sequenzierung, Vergleichen, Cladogram berechnen (maximum likelihood method)
• Gütemerkmale des Stammbaumes gesamter Stammbaum: - Bestimmung der Homoplasie durch Konsistenzindex (mögliche/verwendete Merkmalswechsel)
 - Bestimmung mittels Retentionsindex (scheinbare/tatsächliche Synapomorphie)
 Teile Stammbaum: - Doyle(decay-Index), bootstrap-Analyse, synoptischer Vergleich der Dendrogramme
• Bootstrap-values. Wozu dient die bootstrap-Analyse? in phylogenetischer Systematik verwendet, geben an, mit welcher Häufigkeit ein Ast eines Stammes bei zufälliger Merkmalsausprägung entstehen kann, tatsächliche werden mit zufälligen errrechneten Cladogrammen verglichen; 
 -> Abweichung der realen Dendrogramme von zufällig zusammengestellten Dendrogrammen; 1. Matrix mit Merkmalen; 2. zufällige neue Matrizen aus Spalten; 3. Test der Abweichung;
 -> dient zur statistischen Bewertung der Stabilität von Dendrogrammen (nicht doch zufällig verteilt?)
• Doyle Index Gibt die Anzahl der Merkmalswechsel bei Teilungsschritt (Ast im Cladogramm), Verzweigungen pro Knoten -> Decay-Index
• Verwandtschaftsgruppe Bezeichnung Taxa nach tatsächlicher Verwandtschaft: Monophyletisch: Taxon hat gemeinsame Stammform, umfasst alle Untergruppen aus, und Stammform selbst, durch Apomorphien der Stammform begründet (geschlossen), Bsp: Angiosperme (umfasst alle Angiosperme) Paraphyletisch: gemeinsame Stammform aber nicht alle Abstämmlinge, Apomorphien der Stammgruppe aber nicht alle Abstämmlinge, offen, Bsp: Gymnospermae, Moose Polyphyletisch: keine gemeinsame Stammform, Bsp: “Bäume”
• monophyletische Gruppe Enthalten gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachkommen (geschlossen). Durch AutApomorphien der Stammform begründet, “Klade”: Angiospermae, Rosopsida, Liliopsida
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• paraphyletische Gruppe gemeinsamer Vorfahre aber nicht alle Untergruppen/Nachkommen (offen). z.B.: Gymnospermae, Bryophyta (Moosgewächse); Magnoliopsida
• polyphyletische Gruppe kein gemeinsamer Vorfahre (Paralellismen/Reversals), “Bäume”, streng-genommen paraphyletisch
• Homoplasie/Konvergenz Merkmal das bei mehreren unterschiedlichen Taxa unabhängig voneinander entstanden ist, Analogie, zB: Sukkulente (Dreikantige Wolfsmilch, Kandelaberkaktus), Flossen bei Walen/Fischen
• Synapomorphie Synapomorphie ist der homologe (gemeinsame) Besitz eines apomorphen (neu entwickelten) Merkmalszustandes bei zwei oder mehr nächstverwandten Taxa (Schwesterntaxa). Synapomorphien begründen also ein Schwesterngruppenverhältnis. z.B.: Cuticula, dickwandige Sporen, Archegonium, Antheridium bei Landpflanzen
• Autapomorphie Autapomorphie ist ein apomorpher Merkmalszustand, der nur bei einer Art (oder im Grundmuster eines monophyletischen Taxons) vorkommt. Also die abgeleitete Besonderheit in der Merkmalsausstattung eines Taxons, begründet monophyletische Gruppe z.B.: der einzigartige Bau des Embryos bei Gräsern
• Symplesiomorphie Vorhandensein eines herkunftsgleichen Merkmals bei zwei verschiedenen Taxa. -> Übereinstimmung in ursprünglicher Merkmalsausprägung; begründen aber keine monophylletische Gruppe (Füße bei Reptilien, Schlangen haben keine mehr)
• apomorphes Merkmal Ein Merkmal, das sich gegenüber dem Merkmalszustand der Vorfahren verändert hat. zB. zwittrige Blüten bei Angiospermen
• plesiomorphes Merkmal Ein Merkmal, das sich zum Merkmalszustand des Vorfahren nicht verändert hat. (früher entstanden), zB. Anemogamie bei einigen Angiospermen
• Beispiele für apomorphe & plesiomorphe Merkmale Rosopsida     apomorph       plesiomorph Blütenbau      zwittrig           eingeschlechtlich Bestäubung   Insekten         Wind Fruchtblätter  verwachsen     frei
• Unterschied Anagenese und Cladogenese Anagenese: Anreicherung von vererbbaren neuen Merkmalen in einer Art Cladogenese: divergente Evolution mit Anreicherung von Merkmalen in zumindest einem Teil der Population (Unterscheidung der neuen Sippe), “Spaltung”, Basis der Biodiversität
• Allopatrische, bzw. sympatrische Artentstehung? - Allopatrisch: „Arten“ können experimentell noch kreuzbar sein (räumliche Isolation) - sympatrisch: „Arten“ de facto nicht mehr kreuzbar; die Isolation durch zeitliche Separation (Blütezeit) oder funktionelle Probleme (versch. Bestäuber!)
• Bottleneck-Effekt Plastizität (durch Rekombination) reduziert durch reduzierte Allelfrequenz (reduzierte Population -> red. Heterogenität), Basis für Gründereffekt, kann auch Fortbestand der Art bedrohen (Zersplitterung der Lebensräume!)
• Gründer-Effekt Genetische Heterogeniät Inselpopulation geringer, kann durch reduzierte Konkurrenz ausgeglichen werden -> stärkere adaptive Radiation (weniger Konkurrenz -> mehr Nischen angepasst), Silberschwerter in Hawaii
• Adaptive Radiation Aufspaltung zu mehreren spezialisierter Arten, aus einer wenig spezialisierten Art (Radiation); Besetztung ökologischer Nischen, Cladogenese
• Geschwindigkeit der Artbildung Gradualismus Modell: kontinuierlich; langsam, schwache Veränderung; Punctated equilibrium Modell: diskontinuierlich; sprunghafte, größte Änderungen beim Abspalten;
• Disruptive Selektion, stabilisierende Selektion und direktionale Selektion! disruptive Selektion: Kreuzungen von extremen Ausprägungen best. Merkmale sind fertiler/ erfolgreicher. zB. Heterostylie stabilisierende Selektion: Höchste Fittness in der Mitte (Kosten), Merkmalskonsolidierung, zB. Blütenanzahl direktionale Selektion: Veränderte Bedingungen in einzelnen Arealen -> Anpassung, zB. schwerere Samen/kleinere Pappi bei Inselpopulationen
• Konvergente Evolution Artbildung durch Stabilisierung von Hybriden; fertile Bastarde durch Allo-polyploidie ermöglicht -> Umgehung der Meioseprobleme (oft auch Heterosis-Effekt), Teil der reticularen Evolution
• Reticulate Evolution Wegen Bastardierungen/Allopolyploidie Gen-austausch zwischen Arten = vernetztes Schema z.B.: Asplenium-Arten (Streifenfarne) der Appalachen, erschwert phylogenetische Systematik sehr
• Polyploidie Mehr als 2 Chromosomensätzen in einer Zelle, führt oftmals zu einer Leistungssteigerung; z.B.: bei Erdbeere, gew. Löwenzahn, Weizen - Auto-polyploidie – Selbstbestäubung -> diploide Gameten (Nichtteilung während der Meiose), idente Nachfahren mit doppelter Leistung bei Enzym- und Proteinerzeugung; viele Kulturpflanzen - Allo-polyploidie Fertile Hybride aus 2 Arten durch Verdoppelung der Chromosomenzahl nach Bestäubung, umgeht Meiose-Probleme, (führt oft zu Hetereosis-Effekt, Vergrößerung der Pflanze), konvergente Evolution
• Merkmale bei allen grünen Pflanzen - Photosynthese Pigmente; - Speicherung von Kohlenwasserstoffen (Stärke); - Flagellen, Geißeln oder ihre Reduktionsformen

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