Systematik, Artkonzepte und Embryologie: Grundlagen der Biologie

Grundlagen der biologischen Klassifikation

Die Weiterentwicklung des Wissens über Lebewesen führte zur Schaffung von Klassifikationssystemen. Ein gutes Klassifikationssystem basiert auf Merkmalen, die innerhalb der Individuen einer Gruppe nicht variieren. Das verwendete Einstufungskriterium muss objektiv und diskriminierend sein, um homogene Kategorien zu bilden.

Systematik, Taxonomie und Nomenklatur

Systematik

Die Systematik ist eine Wissenschaft, die darauf abzielt, Klassifikationssysteme zu schaffen, welche den Grad der Ähnlichkeit zwischen Organismen und ihre bestehenden evolutionären Beziehungen widerspiegeln. Das Ergebnis ist eine allgemeine Klassifizierung. Die Systematik nutzt Nomenklatur und Taxonomie als Werkzeuge, um ihre Ziele zu erreichen.

Taxonomie

Die Taxonomie befasst sich mit der Ordnung der Lebewesen und liefert die Grundsätze, Regeln und Verfahren zur Durchführung der Einteilung.

Nomenklatur

Die Nomenklatur befasst sich mit der Benennung der verschiedenen Lebewesen.

Erste Versuche der Klassifizierung

Die ersten bekannten Klassifizierungen erfolgten durch die Gruppierung in künstliche Kategorien, basierend auf mehr oder weniger willkürlichen Kriterien, die von den Naturforschern der damaligen Zeit festgelegt wurden.

• Aristoteles klassifizierte das Pflanzen- und Tierreich.
• Theophrastos klassifizierte Pflanzen in Bäume, Sträucher, Halbsträucher und Kräuter.
• Linné schuf die Grundlagen der modernen Taxonomie und führte später das binomische System ein.

Taxonomische Kategorien

Organismen werden in Gruppen von immer niedrigerem Niveau organisiert. Jede Ebene entspricht einer taxonomischen Kategorie.

Die wichtigsten Kategorien sind:

1. Reich (Regnum)
2. Stamm (Phylum)
3. Klasse (Classis)
4. Ordnung (Ordo)
5. Familie (Familia)
6. Gattung (Genus)
7. Art (Species)

Gleiche Arten werden in derselben Gattung gruppiert. Kategorien können in Unterkategorien (Subgruppen) unterteilt werden, die mit dem Präfix „Unter-“ benannt werden. Gruppen von Organismen werden als Taxa bezeichnet.

Embryonale Entwicklung: Segmentierung und Gastrulation

Segmentierung

Die Zygote teilt sich durch Mitose entlang meridionaler und senkrechter Ebenen, wodurch zunehmend kleinere Zellen entstehen, die sogenannten Blastomeren. Die kugelförmige Masse dieser Zellen wird als Morula bezeichnet.

Wenn die Blastomeren weiter migrieren, bilden sie eine äußere Wand, das Blastoderm, und umschließen einen inneren, flüssigkeitsgefüllten Hohlraum, das Blastocoel. Dieser Zustand wird als Blastula bezeichnet.

Die Menge des Dotters bestimmt die Art der Segmentierung und die Größe des Blastocoels. Bei hohem Dotteranteil erfolgt die Segmentierung nur teilweise.

Gastrulation

Die Blastula durchläuft tiefgreifende Veränderungen in der Zellposition und Faltung, was zum Zustand der Gastrula führt. Während dieses Prozesses bilden sich die drei embryonalen Keimblätter:

• Ektoderm
• Mesoderm
• Endoderm

Das Endoderm der Gastrula umschließt einen Hohlraum, den Archenteron (Urdarm), der über den Blastoporus (Urmund) mit der Außenseite kommuniziert. Die Bildung der Keimblätter kann durch Invagination oder Epibolie erfolgen.

Diablastische und Triploblastische Tiere

Tiere, die nur die ersten beiden Keimblätter (Ektoderm und Endoderm) entwickeln, werden als Diablastica bezeichnet. Höher entwickelte Tiere setzen ihre Entwicklung mit der Bildung des dritten Keimblattes, dem Mesoderm, zwischen den beiden anderen fort. Diese Tiere werden als Triploblastica bezeichnet.

Weitere Entwicklungskonzepte

Protostomier (Urmünder)

Tiere, bei denen der Urmund (Blastoporus) den endgültigen Mund bildet.

Cephalisation (Kopfbildung)

Die Konzentration der Sinnesorgane und des Nervensystems am vorderen Ende des Organismus.

Der Phylogenetische Baum

Die Phylogenie (Stammesgeschichte) kann als ein Baum dargestellt werden, der die natürlichen Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Organismen repräsentiert. Diese Bäume werden auch als Stammbäume bezeichnet.

An der Basis des Stammes befindet sich der gemeinsame Vorfahre aller Lebewesen. Die Verzweigungen stellen die Diversifizierung dar und reichen bis zur Peripherie, wo die heute existierenden Arten zu finden sind.

Phylogenetische Beziehungen werden anhand von Beweisen aus verschiedenen Bereichen erstellt, darunter:

• Paläontologie
• Anatomie
• Embryologie
• Genetik
• Zytologie
• Ethologie

Die natürliche Klassifikation gruppiert Organismen nach ihren gemeinsamen Merkmalen.

Das Konzept der Art (Species)

Die Art ist die grundlegende taxonomische Kategorie und die Grundeinheit der Klassifikation.

Morphologisches Artkonzept

Im 19. Jahrhundert wurde das morphologische Artkonzept verwendet, das Arten als Individuen mit eigenen, festgelegten morphologischen Merkmalen definierte. Heute wissen wir, dass Organismen keinen unveränderlichen Charakter haben, sondern eine gewisse Variabilität innerhalb der Individuen existiert.

Biologisches Artkonzept

Das biologische Artkonzept definiert die Art als eine Gesamtheit von Organismen, die eine beträchtliche Anzahl gemeinsamer Merkmale und ein gemeinsames genetisches Erbe besitzen. Sie können sich unter natürlichen Bedingungen kreuzen und fruchtbare Nachkommen zeugen, teilen jedoch keine Merkmale mit anderen Organismen (Reproduktive Isolation).

Speziation (Artbildung)

Alle Arten stammen von anderen Arten ab, die sich im Laufe der Zeit allmählich verändert haben. Der Mechanismus, durch den eine Art aus einer anderen entsteht, wird Speziation genannt. Es gibt zwei Hauptmechanismen:

1. Allopatrische Speziation: Dies ist der häufigste Mechanismus. Er tritt auf, wenn eine Population durch geografische Barrieren isoliert wird. Diese Barrieren verhindern die Vermischung mit anderen Populationen.
2. Sympatrische Speziation: Tritt auf, wenn sich eine Spezies in einem Gebiet in zwei Populationen diversifiziert, weil Mechanismen wie die Existenz unterschiedlicher Lebensräume die Reproduktion behindern.

Nomenklatur der Lebewesen

Angesichts der Vielfalt der Lebewesen ist eine klare Benennung erforderlich. Die Nomenklatur verwendet Codes zur Steuerung und Regulierung der wissenschaftlichen Namensgebung für Tiere, Pflanzen usw.

Die Binomische Nomenklatur (Linné)

Dieses System betrachtet die Art als Grundeinheit der Klassifikation. Der wissenschaftliche Name besteht aus zwei Wörtern:

1. Gattungsname (Generischer Name): Wird von allen Arten derselben Gattung geteilt. Der erste Buchstabe wird großgeschrieben.
2. Art-Epitheton (Spezifischer Beiname): Unterscheidet die Art innerhalb der Gattung. Wird kleingeschrieben.

Die Bezeichnung kann nicht isoliert betrachtet werden. Der wissenschaftliche Name wird üblicherweise vom Nachnamen des Wissenschaftlers begleitet, der die Art entdeckt hat.

Vorteile des wissenschaftlichen Namens

• Die meisten Arten (insbesondere mikroskopische) haben keinen oder keinen allgemein bekannten Trivialnamen.
• Der wissenschaftliche Name ist universell und weltweit verbreitet, während Trivialnamen sprachabhängig sind und variieren können.
• Der Trivialname ist oft ungenau, da er manchmal mehreren Arten zugeordnet wird.

Die Drei Domänen des Lebens

Jüngste Forschungsergebnisse erforderten die Einführung der Domäne als neue taxonomische Kategorie oberhalb des Reiches.

Carl Woese schlug die drei Domänen vor:

1. Archaea
2. Bacteria
3. Eucarya

Archaea und Bacteria umfassen Mikroorganismen mit prokaryotischen Zellen. Die Archaea bilden eine Gruppe primitiver Bakterien, die evolutionär näher mit der Domäne Eucarya verwandt sind als mit den Bacteria.

Die Eucarya-Linie umfasst alle eukaryotischen Reiche: Protisten, Pilze, Tiere und Pflanzen.