vorlesung: spezielle zoologie ws 2018/2019 -...
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Dr. Wolfgang Jakob
ITZ, Ecology & Evolution
Bünteweg 17d
D-30559 Hannover
Phone: +49 511-953 8481
Email: [email protected]
www.ecolevol.de
Vorlesung:
Spezielle Zoologie
WS 2018/2019
Modul: Zoologische Systematik und Artenkenntnis
Einleitung
Institut für Tierökologie & Zellbiologie (ITZ)
PD Dr. Heike Hadrys Prof. Dr. Bernd Schierwater
Odonate ecology & evolution
Biodiversity and Systematics of insects
Biodiversity & Evolution of basal
metazoans (Placozoa, Cnidaria)
Literatur:
Spezielle Zoologie - WS 2018/2019
Vorlesung: CAMPBELL: Biologie / PURVES: Biologie
V. STORCH / U. WELSCH: Systematische Zoologie
W. WESTHEIDE / R. RIEGER: Spezielle Zoologie, Teil 1, 2
A. KAESTNER: Lehrbuch der Speziellen Zoologie, Bd. …
R. WEHNER, W. GEHRING: Zoologie
Praktikum: M. SCHAEFER (Hrsg.):
BROHMER – Fauna von Deutschland
24. Auflage, 2016
23. Auflage, 2010
(auch 22. Aufl., 2006
oder 21. Aufl., 2002
oder 20. Aufl., 2000 brauchbar)
Leistungsnachweise:
Spezielle Zoologie - WS 2018/2019
1. Wöchentliche Vorlesung Spezielle Zoologie - Die Stämme des Tierreichs, Mo., 14:15 - 15:45 Uhr
www.ecolevol.de Username: student - Passwort: aspera
2. Wöchentliches Praktikum + Kurzreferat Zoologische Bestimmungsübungen Mi., 13.00-18.00Uhr
3. Klausur: 28.01.2019, 14.15 Uhr (Prüfungsleistung)
Wiederholungsklausur: xx.0x.2019, 14.15 Uhr
4. 2 Halbtags-Exkursionen im Freiland (SS 2019)
Spezielle Zoologie - WS 2018/2019
Zeitplan Vorlesung:
• 22.10.18 Einführung allgemein Jakob
• 29.10.18 Placozoa Jakob
• 05.11.18 Porifera / Cnidaria Jakob
• 12.11.18 Cnidaria / Ctenophora Jakob
• 19.11.18 Plathelminthes Jakob
• 26.11.18 Nemathelminthes Jakob
• 03.12.18 Annelida Jakob
• 10.12.18 Mollusca Schierwater
• 17.12.18 Arthropoda / Insecta Hadrys
• 07.01.19 Echinodermata / u.a. Jakob
• 14.01.19 Chordata / u.a. Jakob
• 28.01.19 Klausur Jakob
Spezielle Zoologie - WS 2012/2013
Beispiel für Klausurfrage:
Der Stamm Cnidaria (Nesseltiere) 5P
• besitzt keine Organe O
• besitzt einen Mundafter O
• besitzt ein Manubrium O
• besitzt Penetranten O
• besitzt Choanocyten O
Spezielle Zoologie - WS 2012/2013
Beispiel für Klausurfrage:
Wie nennt man das frühe Emryonalstadium der
Metazoen, das auf das Morula-Stadium folgt und
die Furchung abschließt? 3P
.......................... ............................................. Blastula
Praktikum im WiSe 2018/19:
3 Gruppen:
Gruppe A: Gruppe C: Gruppen B:
Wo: Lehrgebäude 1 (Gebäude vor Hörsaal links)
Mittwochs,
13.00 -14.30 Uhr
Mittwochs,
14.45 -16.15 Uhr
Mittwochs,
16.30 -18.00 Uhr
Praktikum im WiSe 2018/19:
Struktur des Referats:
• An jedem Termin pro Gruppe (A, B und C) jeweils 1 oder 2 Referate à 15min.
• Jedes Referat à 15min. wird von 3 Studierenden gemeinsam gehalten
Beispiel: Mittwoch, den 14.11.2018 (Gruppe A) - Praktikum Jakob
13.00 - 13.15 Uhr: Referat Thema “Vögel allgemein” - drei Studierende
13.15 - 13.30 Uhr: Referat Thema “Passeriformes” - drei Studierende
13.30 - 14.30 Uhr: Bestimmungkurs
Dozent Dr. Jakob Dr. Jakob Dr. Jakob
Dr. Jakob /
Osigus
Dr. Jakob /
Dr. Salamon
Dr. Jakob /
Dr. Salamon
Kurs (Taxon)
Cnidaria
(Nesseltier)
Aves
(Vögel)
Aves
(Vögel)
Mollusca
(Weichtiere)
Arthropoda
(Gliederfüßer)
Arthropoda
(Gliederfüßer)
Referatsthema 1:
XXX
Non-
Passeriformes
(Nicht-
Singvögel)
Vögel allgemein
Gastropoda
(Schnecken)
Collembola
(Springschwänze)
Staphylinidae
(Kurzflügel-Käfer)
Referatsthema 2:
XXX
XXX
Passeriformes
(Singvögel)
Bivalvia
(Muscheln)
Oribatida
(Hornmilben)
Carabidae
(Laufkäfer)
Referatsthemen:
24.10.2018 07.11.2018 14.11.2018 21.11.2018 28.11.2018 05.12.2018
Dozent
Dr. Jakob /
Dr. Kamm
Prof.
Schierwater PD Dr. Hadrys
Dr. Jakob /
Dr. Holtorf
Dr. Jakob /
Dr. Holtorf
Dr. Jakob /
Dr. Salamon
Kurs (Taxon)
Arthropoda
(Glieder-
füßer)
Placozoa
(Plattentiere)
Arthropoda
(Gliederfüßer)
Mammalia
(Säugetiere)
Mammalia
(Säugetiere)
XXX
Referatsthema 1:
Heteroptera
(Wanzen)
Placozoa
(Plattentiere)
Großlibellen
(Anisoptera)
Vergleich
Cerviden -
Boviden
Vergleich Mustelidae -
Canidae - Felidae Abtestat
Referatsthema 2:
Homoptera
(Gleich-
flügler)
Cnidaria
(Nesseltiere)
Kleinlibellen
(Zygoptera)
Vergleich
Rodentia -
Lagomorpha
XXX
Abtestat
Referatsthemen:
12.12.2018 19.12.2018 09.01.2019 16.01.2019 23.01.2019 30.01.2019
Our Team Odonate ecology & evolution
Biodiversity and Systematics of insects
PD Dr. Heike Hadrys Prof. Dr. Bernd Schierwater
Biodiversity & Evolution of basal
metazoans (Placozoa, Cnidaria)
• Dr. Eckhard Holtdorf
• Dr. Wolfgang Jakob
• Dr. Kai Kamm
• Dr. Michael Eitel
• Dr. Jörg Salamon
• Karolin von der Chevallerie
• Wiebke Feindt
• Tjard Bergmann
• Kathrin Wysocki
• Sara Rolfes
• Dr. Sandra Damm • Dr. Omid Paknia • Dr. Sabrina Simon • Hans-Jürgen Osigus
• Rebecca Herzog
• Nicole Bartkoviak
• Jutta Bunnenberg
• Marion Klein
• Björn Seegebarth
AG Schierwater
Verbreitung
Innere/äußere Systematik
BIODIVERSITÄT
Morphologie
Entwicklungsgenetik Ökologie & Vermehrung
Genomanalysen
AG Hadrys
Entwicklungsgenetik
Populationsgenetikgenetik
Entwicklungsbiologie
Phylogenie der Pterigota
Wissenschaftliche Vogelberingung Jakob
Teichrohrsänger (Acrocephalus scirpaceus)
Haplotypen-Netzwerk der COI-Region von A. scirpaceus.
DNA-Barcoding
Taxa/ Position 307 424 493
As_KF467463 T G G
As_Ri_Con T G G
As_Le4_Con T G G
As_KF467456 T A G
As_KF467517 C A A
As_KF467515 C A A
As_KF467513 C A A
As_KF467514 C A A
As_KF467516 C A A
As_FJ465292 C A A
As_KF467518 C A A
CAOS-Barcodeausschnitt von A. scirpaceus.
DNA-Barcoding ist eine taxonomische Methode zur Artenbestimmung anhand der DNA-Sequenz
eines Markergens.
Ökologische Exkursion SS 2019
“Crau – Camargue – Mittelmeer” (Südfrankreich)
Prof. Dr. Bernd Schierwater
PD Dr. Heike Hadrys
Dr. Wolfgang Jakob
Tiermedizin: Wahlpflichtmodul
Bachelor-Studiengang: Wahlpflichtmodul 817
Vorbesprechungen: erstes Treffen: Di., 29. Jan. 2019, 12:00 Uhr c.t.
jeweils Seminarraum ITZ, Bünteweg 17d
Anmeldung: [email protected]
Termin: 05. Juli - 14. Juli 2019
Standort: St. Martin de Crau
Kosten: 375,- € plus Verpflegung
Teilnehmerzahl: max. 14 Studenten
Ökologische Exkursion SS 2019
“Crau – Camargue – Mittelmeer” (Südfrankreich)
05. Juli - 14. Juli 2019 Crau
Camargue
Alpilles
Platyhelminthes
Mollusca Chordata
Echinodermata
Arthropoda Placozoa
Porifera Ctenophora
Trichoplax
Scyphozoa Anthozoa
Cubozoa
Cnidaria
Hydrozoa
Bauplan-Diversität im Tierreich
Wie kann aus einfachsten Lebensformen die unendliche
Formenvielfalt und Komplexität der Natur evolvieren?
Bilateria
(Triplo-
blasten,
höhere
Tiere)
Diploblasten
Eumetazoa
Parazoa ?
Campbell 1997
Placozoa
Anzahl Körperachse (n) ?
Deute
rosto
mie
r P
roto
sto
mie
r
3 Keimblätter
2 Keimblätter
Wie sieht die genetische Basis
für die enorme Vielfalt an
tierischen Bauplänen aus?
“from so simple a beginning, endless forms most beautiful have been, and are being evolved” (Darwin; 1859).
“the search for homologous genes is quite futile except in very close relatives” (Ernst Mayr; 1942). “diversity is not so much a matter of complement of genes in an animals toolkit, ...but it is in the way you use it” (Sean B. Carroll; 2005)
Chordata
Arthropoda Echinodermata
Cnidaria
Organismus Genomgröße (BP) Gene Gendichte*
λ-Phage 5 × 104 (50.000 BP)
Bakterium (Endosymbiont) Carsonella ruddii 1,6 × 105 (160.000 BP) 182 1.138
Darmbakterium Escherichia coli 4,6 × 106 (4.600.000 BP) 4.500 900
Hefe (fungi) Saccharomyces cerevisiae 2 × 107 (20.000.000 BP) 6.000 300
Placozoa Trichoplax adhaerens 1 × 108 (100.000.000 BP) 11.500 230
Fadenwurm Caenorhabditis elegans 8 × 107 19.000 200
Taufliege Drosophila melanogaster 2 × 108 13.500 70
Kugelfisch Fugu rubripes 3,65 × 108 25.000 68
Mensch Homo sapiens sapiens 5 × 109 (5.000.000.000 BP) 30.000 10
Teichmolch Triturus vulgaris 2,5 × 1010
Pflanze Arabidopsis thaliana 1 × 108 25.500 255
Vergleich der Genom-Größen
*Anzahl der Gene pro 1 Million Basenparen
Zunahme Abnahme
Wie wird gewährleistet, dass mit relativ
wenigen Genen die Komplexität der
tierischen Baupläne determiniert
werden kann?
- Alternatives Splicing
- Komplexe Interaktion von Genen (Genregulation)
- Gen-Hierarchie
Alternative Splicing
Viele Proteine aus einem Gen
… Gen1 Gen3 Gen2 Gen N
…
Gen-Hierarchie & -Interaktion
M. 1 M. 2 M. 3 M. N M. N …
GenB3 GenB2 GenB1
GenA1
GenC1 GenC2 GenC3 GenC4
M. 1 M. 2 M. 3 M. 4 M. 5
M. Merkmal
M. N
Aktivierung
&
Repression
Genregulation - Master-Kontroll-Gene
Bauplan-Diversität im Tierreich
Metazoa
Parazoa & Eumetazoa
Porifera Placozoa Coelenterata Bilateria (Coelomata)
I.
Diploblasten & Triploblasten (Bilateria)
Placozoa Porifera Coelenterata Protostomia Deuterostomia
II.
Verschiedene Wege die Metazoen-Phylogenie zu strukturieren
* *
Moderne Daten sehen einen frühen Split
von Diploblasten & Triploblasten
- Mit den Placozoa an anzestraler Position
Bilateria
(Triplo-
blasten,
höhere
Tiere)
Diploblasten
Eumetazoa
Parazoa ?
Campbell 1997
Placozoa
Anzahl Körperachse (n) ?
Deute
rosto
mie
r P
roto
sto
mie
r
3 Keimblätter
2 Keimblätter
F
f
Ektoderm Haut, Nervensystem
Sinnesorgane usw. Mesoderm Muskulatur, Knochen, Herz, Blut-
gefäße, Lymphsystem, Bindegewebe,
Organe z.B. Milz, Niere usw.
Entoderm Verdauungstrakt (Mund-After),
Atmungstrakt, Exkretion usw.
Triploblasten - Bilaterier
Morula (ab 16
Zellstadium)
Anterior (Mund)
Posterior (After)
Gastrulation
triploblastische Organismen
Bilateria
Placozoa
……… Inneres Skelett
……… Mund-After,
Hauptkörperachse,
2 Keimblätter
………
Coelenterata
Protostomia Deuterostomia
……… Inneres Skelett
………
Placozoa
………
Mund-After,
Hauptkörperachse,
2 Keimblätter
Lophotrochozoa Ecdysozoa
……… Inneres Skelett
………
………
Placozoa
Mund-After,
Hauptkörperachse,
2 Keimblätter
Bilateria (Triploblasten, höhere Tiere)
Articulata Lophotrochozoen-Ecdysozoa
2 Konzepte
Lophotrochozoen: Tentakel- und Wimpernträger (Mollusca, Annelida, Platelminthes,
(Lophophorata, Trochozoa) Brachiopoda, u.a.)
Ecdysozoa: Häutungstiere (Arthropoda, Nematoda, u.a.)
Lophotrochozoa
Spiralfurchung
Trochophora-Larve
Lophophor (Tentakelkranz)
Ecdysozoa
„ecdysis“ = Häutung
Kutikula, welche abgestoßen wird
(Mollusca, Annelida, Platelminthes, Brachiopoda, u.a.)
(Arthropoda, Nematoda, u.a.)
Taxonomie und Systematik
Taxon (Plural: Taxa)
„Die Taxonomie ist ein Modell, um die
Organismen nach bestimmten
wissenschaftliche Kriterien zu ordnen“
Taxonomie
Systematik
Marder African Giant Swallowtail
Hierarchische Kategorien Taxa (Singular: Taxon)
Reich / Kingdom Animalia Animalia
Stamm / Phylum Arthropoda Chordata
Unterstamm / Subphylum Uniramia Vertebrata
Klasse / Class Insecta Mammalia
Ordnung / Order Lepidoptera Carnivora
Unterordnung / Suborder Ditrysia Fissipedia (Landraubtiere)
Familie / Family Papilionidae Mustelidae (Marderartigen)
Gattung / Genus Papilio Martes
Art / Species Papilio antimachus Martes foina
Schubladen-
System
Stamm (Phylum)
Klasse
Ordnung
Familie
Gattung (Genus)
Art (Species)
Familie: … - idae
Unterfamilie: … - inae
Arthropoda
Insecta
Hymenoptera
Formicidae
Formica
Formica rufa
Rote Waldameise
Binomiale Nomenklatur
Carl von LINNÉ
1. Januar 1758 „Systema Naturae“
Carl von LINNÉ
1. Januar 1758
„Systema Naturae“
Binominale Nomenklatur
Beispiel: Formica rufa Linnaeus, 1758
Artname
= Gattungsname + Art-Epitheton (Beiwort)
+ Autorenname / Jahreszahl der Erstbeschreibung
kursiv geschrieben
Binominale Nomenklatur
Binominale Nomenklatur
Parus major
Parus cristatus
Parus montanus
Parus caeruleus
Parus palustris
Parus ater
Europäische Meisen-Arten der gleichen Gattung
Binominale Nomenklatur
Aegithalos caudatus caudatus
Northern Long-tailed Tit
Unterarten der Schwanzmeise (Aegithalos caudatus)
Aegithalos caudatus europaeus
Central European Long-tailed Tit
• British Long-tailed Tit (Aegithalos caudatus rosaceus)
• Siberian Long-tailed Tit (Aegithalos caudatus sibiricus)
• Pyrenees Long-tailed Tit (Aegithalos caudatus taiti)
...
...
• Asian Minor Long-tailed Tit (Aegithalos caudatus tephronotus)
} 23
Unterarten
Binominale Nomenklatur
Martes foina Papilio antimachus
Arthropoda
Chordata
• Unterschieden durch eine bestimmte Anzahl von Merkmalen?
• Beschrieben durch einen Binominalen Namen
Wie ist die kleinste taxonomische Einheit “Art” definiert?
... Was ist eine Art?
1. Morphologisches Artkonzept (Linnaeus, 1780) - Nachteile: Dimorphismus, Sessonale Unterschiede
(Schlicht-/Prachtkleid), Larvalstadien, Individuelle Unterschiede…
2. Biologisches Artkonzept (Mayr, 1969) - Nachteile: Vegetative Vermehrung, Fossilien, graduelle Artbildung…
3. Evolutionäres Artkonzept (Gaylord Simpson, 1961; elaborated by others, e.g. Grant, 1971; Wiley, 1981)
4. Kladistisches / Phylogenetisches Artkonzept (Hennig, 1966 / Cracraft, 1989)
5. Ökologisches Artkonzept (Simpson, and others)
6. Phänetische Artkonzept (Sokal & Crovello, 1970)
...
...
...
Binominale Nomenklatur
Internationale Kommission für Zoologische
Nomenklatur (ICZN)
Binominale Nomenklatur
International Code of Botanical Nomenclature
International Code of Nomenclature of Bacteria & Viruses
International Code of Phylogenetic Nomenclature
Taxonomie
Die Taxonomie ist ein Modell, um die
Organismen nach bestimmten
wissenschaftliche Kriterien zu ordnen
Verschiedene Gruppen
(Pflanzen, Tiere, Pilze, Bakterien, Viren)
Haben eigene Regeln
Wichtige Begriffe der Taxonomie
monophyletische Gruppe
„ Monophylum “
Mammalia Chelonia Lepidosaura Crocodylia
Amniota
Sauropsida
Diapsida
Archosaura
Aves
ein Monophylum
umfasst alle Arten
(und nur diese),
die von einer einzigen
Stammgruppe ausgehen
Wichtige Begriffe der Taxonomie
paraphyletische Gruppe / Paraphylum
Mammalia Chelonia Lepidosaura Crocodylia
Amniota
Sauropsida
Diapsida
Archosaura
Aves
ein Paraphylum
umfasst nicht alle Arten,
die von einer einzigen
Stammgruppe ausgehen
Reptilia
Wichtige Begriffe der Taxonomie
polyphyletische Gruppe
Mammalia Chelonia Lepidosaura Crocodylia
Amniota
Sauropsida
Diapsida
Archosaura
Aves
Warmblüter
Ein Polyphylum hat keine
gemeinsame Stammform
und geht von einem
konvergenten Merkmal aus
Wichtige Begriffe der Taxonomie
„ Schwestergruppen “
Mammalia Chelonia Lepidosaura Crocodylia
Amniota
Sauropsida
Diapsida
Archosaura
Aves
Stammgruppe
Zwei Taxa, die eine nur
ihnen gemeinsame
Stammgruppe besitzen
Homologe Merkmale - Gemeinsamer evolutionärer Ursprung
(müssen nicht unbedingt ähnlich gebaut sein)
Analoge Merkmale - ähnlich gebaute Merkmale mit unterschiedlichem Ursprung
Wichtige Begriffe der Taxonomie
Insekten- vs. Vogel-Flügel
(entstehen vielfach durch Anpassung an gleiche Umweltbedingungen)
Sukkulenz bei Wolfsmilch vs. Kaktus
Dornen vs. Blatt
Fortpflanzungsmodi
Basales
Ungeschlechtlich Geschlechtlich
Monocytogen: Asexuell
Polycytogen: Vegetativ
Monosexuell:
Bisexuell:
Pathenogenese Ephebogenese
?
Thank you!