Taxonomie, Phylogenie und die Reiche Protista und Metazoa

Grundlagen der Taxonomie und Phylogenie

Hierarchische Klassifikation des Lebens

Um die Vielfalt des Lebens zu ordnen, wird ein hierarchisches System verwendet. Die Kategorien der binomischen Nomenklatur sind:

• Reich (Königreich)
• Stamm (Phylum)
• Klasse
• Ordnung
• Familie
• Gattung (Genus)
• Art (Spezies)

Je größer die Taxa-Kategorien sind, desto höher stehen sie in der Hierarchie.

Phylogenetische Rekonstruktion und Merkmale

Zur Rekonstruktion der Phylogenie einer Gruppe wird ein Merkmal (Charakter) verwendet, das unter den Mitgliedern variiert. Dieses Merkmal wird mit einer Fremdgruppe (Outgroup) verglichen. Die Outgroup ist phylogenetisch nah, aber nicht Teil der Studiengruppe.

Für die phylogenetische Rekonstruktion müssen wir die Merkmale bestimmen, die wir in unserer Analyse verwenden, und festlegen, welche die primitive Bedingung ist, die der gemeinsame Vorfahre mehrerer Gruppen aufweist.

Wichtige Begriffe der Merkmalsanalyse

• Apomorphie: Bezieht sich auf ein abgeleitetes oder spezialisiertes Merkmal.
• Plesiomorphie: Ist ein primitives Merkmal.
• Autapomorphie: Eine einzigartige Spezialisierung innerhalb einer Gruppe.
• Synapomorphie: Ein spezialisiertes Merkmal, das von zwei oder mehr Gruppen geteilt wird.
• Symplesiomorphie: Ein geteiltes primitives Merkmal.

Alle diese Begriffe können in Bezug auf jede taxonomische Ebene definiert werden. Zum Beispiel ist das Vorhandensein von Hemipenes eine Autapomorphie bei Schuppenkriechtieren (Squamata) und eine Synapomorphie bei Eidechsen (*Lacerta*) und Schlangen. Unter den Reptilien ist es jedoch ein primitives Merkmal oder Symplesiomorphie.

Schulen der Klassifikation

Evolutionäre Schule

Dies ist die älteste und subjektivste Schule. Die Merkmale verschiedener Populationen zeigen gemeinsame Vorfahren. Es wird versucht, einen Stammbaum zu erstellen, indem Homologien untersucht werden, aber mögliche Konvergenzen in der Evolution berücksichtigt werden. Der Forscher wählt aus, welche Merkmale wichtig sind. Das Vorhandensein eines einzigen gemeinsamen Merkmals kann für diese Schule ausreichend sein, um ein neues Taxon zu etablieren.

Phänetische Schule

Hier wird allen untersuchten Merkmalen der gleiche Wert beigemessen. Es werden nur Analogien betrachtet, Homologien werden ignoriert. Je mehr Merkmale untersucht werden, desto kleiner sind eventuell die Homologien. Es werden Bäume erstellt, um die evolutionäre Nähe anzuzeigen.

Kladistische Schule

Es werden nur homologe Merkmale untersucht. Bei Unsicherheiten wird geprüft, ob das Merkmal ein Gegenstück hat. Wenn keine Sicherheit besteht, wird das Merkmal weggelassen. Es wird ein Programm befolgt, das am Ende verschiedene Bäume liefert. Der Baum mit den wenigsten Schritten, d.h. maximaler Sparsamkeit, wird als der wahrscheinlichste angesehen, da die Evolution immer nach vorne strebt.

Artbegriff und das Reich Protista

Definition der Art (Spezies)

Eine Art ist eine Gruppe von Populationen, die sich miteinander kreuzen können und genetisch von anderen Gruppen durch Mechanismen der reproduktiven Isolation (wie Hybridsterilität oder die Ablehnung des Männchens durch das Weibchen) isoliert sind.

Das Reich Protista (Protoctista)

Das Reich Protista vereint alle eukaryotischen Einzeller, Algen und Schleimpilze. Es handelt sich um eine paraphyletische Gruppe.

Merkmale der Protisten

• Sie sind eukaryotische Organismen ohne Gewebebildung.
• Sie haben keine embryonale Entwicklung und keine Samen.
• Die meisten sind einzellig und bilden Sporen, aber es gibt auch Kolonien.
• Sie sind niemals vielzellige Gewebe, aber bei mehrzelligen Organismen sind alle Zellen totipotent.
• Die Organisation ist auf zellulärer/protoplasmatischer Ebene.
• Die meisten leben frei, einige sind sessil.

Sie werden durch das Merkmal der eukaryotischen Zellen ohne Gewebe gruppiert. Sie wurden in die Vorfahren vieler anderer Reiche aufgeteilt (Tier, Pflanze, Pilz), sind aber unabhängig.

Unterteilung nach Stoffwechsel

• Protofitos: Organismen, die Photosynthese betreiben (früher als Pflanzen betrachtet).
• Protozoen: Chemoorganotrophe Organismen, die sich von anderen ernähren (früher als Tiere betrachtet).
• Pseudohongos (Schleimpilze): Chemoorganotrophe, saprophytische Organismen mit einer Affinität zu Pilzen (früher als Pflanzen betrachtet).

Ökologische Bedeutung und Struktur

Protisten leben in Süß- und Salzwasser, im Boden, in verrottendem Material und in Pflanzen. Sie bilden Symbiosen aller Art, sind Teil des Planktons, verursachen Krankheiten und sind wichtig in der Nahrungskette. Sie können allein oder in Kolonien leben, wobei die Zellen ihre Totipotenz behalten. Es gibt auch echte Kolonien, die eine Arbeitsteilung zwischen den Individuen entwickeln können.

Sie sind kleine Organismen zwischen 10 und 15 µm. Es gibt mehr als 64.000 Arten. Sie können mehrkernige Körper haben und werden in diesem Fall Polinérgides genannt, da jeder Kern einen eigenen Domänennamen (Sinérgide) hat, der nicht mit anderen Sinérgiden interagiert. Es gibt Fossilien, die 100 Millionen Jahre alt sind. Etwa 10.000 Arten leben als Symbionten in Tieren oder Pflanzen.

Zellstruktur der Protozoen

Die Zellen haben viele Gemeinsamkeiten mit tierischen Zellen:

• Zellmembran: Eine typische Doppel-Lipid-Membran. Außen können organische oder anorganische Stoffe gefunden werden, die das Skelett bilden und dem Protozoon Form geben. Beispiele: Zellulose bei Flagellaten, Chitin, Kieselsäure oder Kalziumkarbonat bei Rhizopoden.
• Kortex: Das Innere der Membran kann Substanzen enthalten, die Festigkeit verleihen. Fehlen diese Strukturen, sind die Protozoen asymmetrisch.
• Zellbestandteile: Zytoplasma (Ektoplasma-Endoplasma), Zellkern (oft zweikernig), Golgi-Apparat, Mitochondrien, Vakuolen (reichlich), Zilien und Geißeln.
• Fortbewegung: Pseudopodien, Zilien, Geißeln.
• Stoffwechsel: Autotroph, heterotroph.
• Ausscheidung: Vakuole, Diffusion.
• Atmung: Diffusion.
• Reproduktion: Sexuell (Konjugation), Ungeschlechtlich (binäre Spaltung, Mitose).

Klassifikation des Reiches Protista (Auszug)

• Reich: Protista
• Unterreich: Protozoen
• Stamm (Phylum): Sarcomastigophora
  • Klasse Phytomastigophora
  • Klasse Zoomastigophora
• Stamm (Phylum): Labyrinthomorpha
• Stamm (Phylum): Microspora
• Stamm (Phylum): Apicomplexa
• Stamm (Phylum): Ciliophora
• Stamm (Phylum): Ascetospora

Mehrzellige Organismen (Metazoa)

Organisationsebenen der Metazoen

Obwohl die Organisation der einfachsten Metazoen simpel erscheint, bilden diese Gruppen bereits ein höheres Maß an morphologischer und physiologischer Integration im Vergleich zu Protozoen-Kolonien.

• Mesozoa: Gehören zur zellulären Organisationsebene (einziger Stamm).
• Parazoa: Stamm Porifera (Schwämme) und Placozoa.
• Eumetazoa: Alle anderen Stämme.

Theorien zum Ursprung der Metazoen

Synzytiale Theorie

Metazoen entstanden aus einem bewimperten Einzeller (Ciliaten), bei dem sich Zellgrenzen entwickelten. Diese Theorie favorisiert bilaterale Formen wie Plattwürmer (Plathelminthes). Argumente dagegen sind die komplexe, nicht-synzytiale embryonale Entwicklung der Plattwürmer.

Koloniale Theorie

Metazoen entstanden aus kolonialen, begeißelten Zellen mit spezialisierten und unabhängigen Individuen. Es wird angenommen, dass diese Gruppe polyphyletisch ist und sich unabhängig aus mehreren Stammgruppen entwickelt hat.

Stamm Placozoa

Der Stamm Placozoa umfasst eine marine Tierart (2 bis 3 mm) mit interner Verdauung. Sie gelten als Schwestergruppe des Stammes Cnidaria (Nesseltiere).

Stamm Mesozoa

Mesozoen sind Parasiten von marinen Wirbellosen (0,5 bis 7 mm). Sie bestehen aus 20–30 Zellen in zwei Schichten: einer äußeren Schicht somatischer Zellen und einer inneren Schicht reproduktiver Zellen.

Stamm Porifera (Schwämme)

Schwämme sind locker organisierte Vielzeller ohne echte Gewebe. Sie besitzen Poren (Ostien) und Kammern für den Wasserdurchgang. Sie weisen radiale Symmetrie oder Asymmetrie auf.

Zelltypen in Schwämmen

• Pinacozyten: Bilden die Außenhülle (Epidermis).
• Choanozyten: Kleiden die inneren Hohlräume aus.
• Archäozyten: Totipotente Zellen in der Mesogloea.

Physiologie und Reproduktion

Die Mesogloea enthält Amöbozyten, Skelettelemente (Spicula) und Kollagen. Schwämme sind Filtrierer, die Nahrung (Detritus, Plankton, Bakterien) durch intrazelluläre Verdauung aufnehmen. Ausscheidung und Osmoregulation erfolgen durch Diffusion. Sie sind sessil und vermehren sich sexuell (Amphiblastula-Larve, Parenchymula-Larve) und asexuell.

Klassifikation der Schwämme

• Klasse Calcarea: Kalkhaltige Nadeln (Spicula), marine, Asconoid-Typ.
• Klasse Hexactinellida: Kieselsäurenadeln, zylindrischer Körper, marin.
• Klasse Demospongiae: Kieselsäurenadeln, Leuconoid-Typ, fast alle marin.

Stamm Cnidaria (Nesseltiere)

Cnidaria weisen biradiale Symmetrie und eine Organisation auf Gewebeebene auf (diploblastisch: Ektoderm, Entoderm). Die Mesogloea ist eine mittlere Schicht aus Mukosacchariden und Proteinen.

• Verdauung: Extrazellulär und intrazellulär im Gastrovaskularraum.
• Nervensystem: Nervenplexus (Protoneuronen, ohne zentrales Nervensystem).
• Sinnesorgane: Statocysten, Ocellen.
• Polymorphismus: Polyp- und Medusenstadien.
• Charakteristikum: Nesselkapseln (Cnidocyten) als Stechorgane.
• Lebensraum: Marine und Süßwasser. Sie sind Riffbildner in wärmeren Gewässern und bilden Symbiosen mit Algen.
• Fortbewegung: Kontraktion des Körpers, Gleiten auf der Basalscheibe, Flotation mit Gasblasen.
• Reproduktion: Asexuell (Knospung), Sexuell (Befruchtung der Eierstöcke durch Spermien im Wasser).

Klassen der Cnidaria

• Hydrozoa: Kolonial, marin.
• Scyphozoa: Echte Quallen.
• Cubozoa: Würfelquallen.
• Anthozoa: Korallen und Seeanemonen.

Stamm Ctenophora (Rippenquallen)

Ctenophora weisen biradiale Symmetrie auf. Sie sind triploblastisch mit Ektoderm, Entoderm und Mesogloea, die verstreute Zellen und Muskelfasern enthält.

• Fortbewegung: Acht seitlich platzierte Kammplatten (Rippen) zum Schwimmen.
• Charakteristikum: Klebezellen (Koloblasten) anstelle von Nesselkapseln.
• Verdauungssystem: Mund, Rachen, Magen, Kanäle, Anusporen.
• Reproduktion: Monoecisch (Zwitter), Gonaden in den Verdauungskanälen, direkte Entwicklung.
• Besonderheit: Biolumineszenz.

Klassen der Ctenophora

• Tentaculata
• Nuda