Biologie (Fach) / EvoBio Tiere (Lektion)

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  • Kambrische Explosion Es entstanden plötzlich (in weniger als 50 Mio. Jahren) praktisch alle heute existenten Tierstämme. Vorher Porifera, Cnidaria, Ctenophora) Aber: Tierstämme können, lange bevor sie morphologisch divergierten als kleine, larvenähnliche Organismen gelebt haben Gründe: Massenaussterben der Ediacara-Fauna durch Umweltbedingungen, Sauerstoffgehalt der Atmosphäre stieg.
  • Kambrische Explosion Es entstanden plötzlich (in weniger als 50 Mio. Jahren) praktisch alle heute existenten Tierstämme. Vorher Porifera, Cnidaria, Ctenophora) Aber: Tierstämme können, lange bevor sie morphologisch divergierten als kleine, larvenähnliche Organismen gelebt haben Gründe: Massenaussterben der Ediacara-Fauna durch Umweltbedingungen, Sauerstoffgehalt der Atmosphäre stieg.
  • Autapomorphien Bilateria Triploblastischer Bau:Zwischen Ektoderm und Entoderm kommt ein drittes Keimblatt hinzu: das Mesoderm Eine sekundäre Leibeshöhle (Coelom) kann im Mesoderm entstehen.
  • traditionelle Phylogenien basieren auf: - Ähnlichkeit der Gestalt / Morphologie- Baukonzept (z.B. Körperhöhlenverhältnis)- embryologischen Merkmalen -> Die Ontogenese rekapituliert die Phylogenese (Embryonen sich untereinander ähnlicher als Adulte)
  • Acoelomat Plathelminthen (Plattwürmer) Leibeshöhle zwischen Darm und Körperwand fehlt, bzw. ist mit Zellen (Parenchym) gefüllt.
  • Pseudocoelomaten Nematoden (Fadenwürmer) Flüssigkeitsgefüllte Leibeshöhle: Pseudocoel, nur teilweise mesodermal ausgekleidet.
  • Eucoelomat Anneliden (Ringelwurm) Echtes Coelom: vollständig mesodermal ausgekleidete sekundäre Leibeshöhle.
  • primäre / sekundäre Leibeshöhle Histologische Untescheidungsmöglichkeiten: Primäre Leibeshöhle wird begrenzt von der basalen Seite eines Epithels, sekundäre Leibeshöhle (Coelom) hingegen von der apikalen Seite.
  • offene Fragen traditioneller Phylogenie 1. Nematoden sind nach neueren morphologischen Erkenntnissen nicht mit den Rotatoria verwandt, das heißt ein Monophylum. "Pseudocoelomaten" (Aschelminthes), das Nematoden und Rotatorien zusammenfasst gibt es nicht! 2. Stellung der "Tentaculata" ist unklar: Enterocoelie spricht zwar für Zugehörigkeit zu Deuterostomia, aber anderes spricht dagegen.
  • molekulare Phylogenie Verwendung molekularer Daten für die Rekonstruktion der Abstammungsverhältnisse. Proteine: Aminosäuren-SequenzenDNA: Nucleotid-Abfolgeunterschiedliche Gene unterschiedlich schnell verändert -> vergleichen der Taxa, je nachdem wie lange sie schon getrennt sind. verwendet in den jeweiligen Arten fixierte Mutationen (Substitutionen)
  • Substitution Substitution ist die Fixierung eines zuvor mutierten Allels. Das kann durch neutrale Prozesse (Drift) oder adaptive Prozesse (Selektion) erfolgt sein.
  • Die molekulare Uhr Viele Proteine verändern sich mit annähernd konstanter Geschwindigkeit und erlauben so die Datierung der Trennung von Taxa. Aber sie gehen unterschiedlich schnell für: verschiedene Proteine (je mehr funktionelle Stränge desto langsamer)verschiedene Organismen (je kürzer Generationszeit desto schneller)
  • Ecdysozoa Hypothese Molekulare Phylogenien gruppieren Nematoda mit Arthropoda (Insekten..). Arthropoda wurden hingegen traditionell mit Annelida (Ringelwürmer) zu "Articulata" zusammengefasst. Gegen Ecdysozoa:Segmentierung (Metamerie): Identische Bildung und Anatomie der SegmenteStrickleiternervensystem Für Ecdysozoa:Molekulare Phylogenie3-schichtige CuticulaHäutung
  • Long Branch Attraction (LBA) Spezies am Ende langer Äste des Baumes haben die Tendenz, fälschlicherweise zusammen zu gruppieren. Grund: Homoplasien der DNA-Sequenz (nur 4 Basen) sehr häufig. Lange Äste können durch schnelle Evolutionsraten oder durch lange Zeitspannen zustande kommen.Gegenmaßnahmen: mit differentiellen Substitutionsraten rechnen, Arten hineinnehmen, die mit Arten auf langen Ästen verwandt sind, schnell evolvierende Gene aus Analyse ausschließen.
  • Nematoda Fadenwürmer. Individuenreichste Metazoen-Gruppe, 15.000 Arten bisher beschrieben. freilebend: extrem zahlreich in allen Böden, leben v.a. von Algen, Bakterien, Pilzen, 0,2 - 50mm, idr 1-3mm, wichtig für Stoffkreisläufe und Humusbildung parasitisch: meiste Arten klein (aber auch in Pottwalplazenta 8,4m lang), wichtige Parasiten von Pflanzen, Tieren, Menschen.
  • Hygiene-Hypothese mehr Würmer = weniger Allergien?
  • Nematoda: Bauplan Pseudocoelomater Bau -einschichtige Epidermis, beim Adulten Zellgrenzen aufgelöst (Syncytium), 4 Epidermisleisten (dorsal, ventral, 2 lateral)-widerstandsfähige Cuticula (Häutung)-Längsmuskulatur (mit Epidermis und Cuticula = Hautmuskelschlauch)-durchgehender Darm mit Mund und After (ektodermal: Pharynx, Enddarm)-Pseudocoel fungiert als Verteilersystem für Nährstoffe, weil es keine Bllutgefäße gibt, bildet Hydroskelett
  • Nematoda: Fortbewegung Körperkrümmungen (Schlängeln) in der Dorsoventralebene (nur Längsmuskeln, die vom ventralen bzw. dorsalen Nerv innerviert werden!)
  • Eutelie Zellkonstanz bei kleinen Nematoden. C. elegans zum Beispiel genau 959 Zellen (als Zwitter plus Keimzellen)
  • Medinawurm Filarien Hakenwurm Augenwurm in Indien, AfrikaWeibchen bis 100 cm, Männchen 2-4 cm Weibchen 10 cm, Männchen bis 4 cm, in Lymphgefäßen/-Knoten, Blockieren des Lymphstroms (Elephantitis), Übertragung durch Mücken Weibchen 2cm, Männchen 1cm, sehr häufig, Blutsauger im Darm Wanderfilarie oder Augenwurm, Weibchen bis 7cm, Männchen 3cm, in Bindegewebe, beweglich, West- und Zentralafrika.
  • Nematomorpha Saitenwürmer ca 320 Arten, 10-50 cm, manchmal bis 150cm lang, aber nur 1-3mm dünnParasiten von Süßwasser- und LandinsektenManipulieren Wirtsverhalten um zum Wasser zu gelangen
  • Panarthropoda Onychophora (Stummelfüßer), Tardigrada (Bärtierchen), Pancrustaceae (Krebse und Insekten), Myriapoda (Tausendfüßer), Chelicerata (Spinnentiere)
  • Euarthropda Pancrustaceae (Krebse, Insekten), Myriapoda (Tausenfüßer), Chelicerata (Spinnentiere)
  • Onychophora Stummelfüßer 180 Arten, schlechter Verdunstungsschutz (benötigen hohe Luftfeuchtigkeit), ähneln vielleicht ursprünglichen Arthropoden (lebende Fossilien)
  • Tardigrada Bärchentiere 600 Arten, Moospolster, 0,1-0,5 mmMeeresboden (Sand), Seen, Wasserfilm auf Pflanzen, Ruhestadien überleben 10 Jahre Austrocknung
  • Euarthropoda > 1 Millionen Arten, besiedeln alle Lebensräume, unterschiedliche Formen, zum Teil Staatenbildend
  • Trilobiten fossile Arthropoda, marin, bis 70 cm, Leitfossilien für PaläozoikumBlütezeit Kambirum, ausgestorben im Perm
  • Arthropoda Autapomorphien Cuticula (und Fehlen äußerer Bewegungscilien), ehemalige Autapomorphie, inzwischen Ecdysozoa. Cephalisation mit Komplexgehirn (Syncerebrum)Mixocoel (Haemocoel), Vereinigung von primärer und sekundärer Leibeshöhleoffenes Blutgefäßsystem
  • Merkmale Arthropoda Exoskelett und Häutung: Aber Häutung gemeinsames Merkmal mit Nematoda (daher Ecdysozoa) Cuticula:-Exoskelett, Körper vollständig bedeckt-Chitin und Protein = Sklerotin-an Gelenken nicht sklerotisiert-Lipide und Wachsschicht gegen Verdunstung-Häutung hormonell (Steroid)-schützt vor Austrocknung, chemischen und mechanischen Auswirkungen, sehr widerstandsfähig Atmung: Tracheensystem (Insekten, Myriapoden)
  • Unterschied Arthropoden zu Nematoden Arthropoda haben segmentiertes Exoskelett
  • Segmentierung Metamerie Unterteilung des Körpers in abgegerenzte Abschnitte -> Wiederholung von Baueinheiten (wichtiges Bauprinzip, da Segmente für verschiedene Funktlinen gestaltet werden können) Modularität als wichtiges Prinzip der Evolution, Segmentierung oft zu finden (Anneliden, Arthropoda, Chordata)
  • Hox-Gene homöotische Gene, Segmentspezifische Geneca 180 bp lang (Homöobox), bindet an regulatorischen Bereich anderer Gene, die passende Erkennungssequenzen haben, aktiviert oder reprimiert sie. 
  • Evo-Devo Evolution and Development, evolutionäre Entwicklungsbiologie Schlüssel für Evolution von Bauplänen liegt in EntwicklungssteuerungGrundprinzipien in Evolution oft erstaunlich konserviert
  • Baukastenprinzip Organismus ist aus veränderbaren / kombinierbaren Bausteinen, die Teil größerer Einheit sind.
  • Tagmata heteronome SegmentierungSegmente + funktionelle Einheit = TagmataOrgane auf bestimmten Körperabschnitt konzentriertKopf mit hochentwickelten Sinnesorganen und Mundwerkzeugen
  • Exoskelett und Extremitäten starres Exoskelett ermöglicht Muskelansatz, sehr bewegliche Extremitätensegmentiertes, hartes Exoskelett und gegliederte ExtremitätenSpezialisierung der Körperanhänge
  • Komplexaugen Auge aus dicht stehenden Einzelaugen (Ommatidien), bei Spinnentieren, Krebstieren und v.a. Insekten
  • Mixocoel Coelom löst sich während Embryonalentwicklung aufCoelomreste: Gonaden mit Ausführgängen und Sakkuli der Nephridien (offenes Kreislaufsystem)Hämolymphe statt Blutdorsaler Herzschlauch mit Ostien
  • Hämolymphe: Immunsystem Wunderverschluss und Einkapselung von Parasiten durch SklerotisierungFettkörper und Haemocyten produzieren antimikrobielle Substanzen
  • Diplopoda (Myriapoda) Doppelfüßer 7200 Arten, Pflanzenfresser, leben in Erde und Moos2 Beinpaare pro Segment
  • Chilopoda (Myriapoda) 2800 Arten, räuberisch, kräftige Mandibeln, Giftklauen (Maxillipoden)
  • Chelicerata marin: Merostomata (Pfleischwanzkrebse, Asselspinnen) terrestrisch: Arachnida
  • Sind Insekten aus Krebsen hervorgegangen? Besiedlung des Landes über das Süßwasser Würde erklären, warum es so wenige Insekten im Meer gibt (Nischen waren bereits besetzt von Krebsen) Krebse wären somit paraphyletisch
  • Pfeilschwanzkrebse lebendes Fossil (250 Millionen Jahre alt)marin, bis 60 cm, hufeisenförmiges ProsomaMedian- und Komplexaugen
  • Arachnida Spinnentiere80.000 Arten, terrestrisch, selten parasitisch (Milben)-Vorder- und Hinterkörper, 6 Extremitätenpaare-manche Arten sehr giftig, manche bauen Netze
  • Arachnida: Extremitäten weder Antennen noch Mandibeln4 Paar Schreitbeine, Pedipalpen, Cheliceren acht Augen (Lateral- und Medianaugen) Cheliceren mit Giftdrüsen, extraintestinale VerdauungAtmung: Buchlunge (Fächerlunge) mit ektodermalen Einstülpungen
  • Crustaceae 50.000 Arten, meist marin, vorherrschende Arthropoden im Meer, zum Teil stark spezialisiert
  • Hexapoda Insekten mehr als eine Million Arten, viele noch unbekannt, besiedeln alle Lebensräumedie ersten vor ca. 480 Millionen Jahrenenorme Radiation nach Evolution der Flugfähigkeit vor ca. 400 Millionen Jahren
  • Hexapoda: Aufbau konstanten Segmentzahl (Kopf 6, Thorax 3, Abdomen 11)Thorax: Pro-, Meso- und Metathorax, je ein Paar ExtremitätenAbdomen: Styli, Cerci, manchmal SprungapparatMixocoel: offenes Kreislaufsystem, Haemolymphe, Herz dorsal, Nervensystem ventral
  • Hexapoda: Extremitäten Extremitäten können zu Sinnenorganen (Antennen), Mundwerkzeugen (Mandibeln, Macillen, Maxillipedien, Chelicere, Pedipalpen), Lokomotionsorganen (Lauf-/Schwimmbeinen) oder Begattungsorganen umgebaut werden. Aufbau Bein, oben nach unten:Coxa, Trochanter, Femur, Tibia, Tarsus, Praetarsus

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