Was ist Taxonomie?

Wenn Sie ein gefiedertes, zweifüßiges Tier auf dem Rasen sehen würden, was würden Sie den Leuten sagen, die Sie gesehen haben? Ein Rotkehlchen? Eine Amsel? Wie wäre es mit einem Dinosaurier?

Aus der Sicht eines Taxonomen kann man mit Dinosauriern nichts falsch machen. Gemäß der Taxonomie, der Disziplin, die allen bekannten Organismen offizielle wissenschaftliche Namen zuweist, sind alle Vögel Dinosaurier. "Robin" und "Amsel" sind gebräuchliche Namen, die an verschiedenen Orten unterschiedliche Bedeutungen haben können, während die Klade "Dinosauria" eine klare wissenschaftliche Bezeichnung ist - und Vögel umfasst, die von den alten Riesen abstammen.

Grundsätzlich ist Taxonomie die Wissenschaft, "biologisch und evolutionär unterschiedliche Gruppen von Organismen" zu benennen, zu definieren und zu klassifizieren ", sagte David Baum, Botaniker an der Universität von Wisconsin-Madison, der Evolution und Systematik studiert. Der Biologe der Stanford University, Paul Ehrlich, drückt es in einem Aufsatz auf der Birds of Stanford-Website einfacher aus: "Taxonomie ... ist die Wissenschaft der Klassifizierung von Organismen."

Die Disziplin der Taxonomie analysiert, wie Kreaturen in verschiedene Taxa eingeteilt werden sollten (z. B. bilden diese bestimmten Vögel eine Art, die sich von dieser unterscheidet); bestimmt, wie man diese Taxa nennt (diese Vogelart ist Spinus tristis, der amerikanische Stieglitz, und das ist einer Eudyptes robustus, ein Haubenpinguin); und legt fest, wie kleinere Gruppen zu größeren verschachteln, beispielsweise wie verschiedene Arten unter einer Gattung zusammengefasst sind.

Diese Verschachtelung geht von Art zu Gattung und dann über Familie, Ordnung, Klasse, Stamm, Königreich und Domäne. Daher Hauskatzen, die Art Felis catus, in der Gattung wohnen Felis, Nisten innerhalb der Familie Felidae (zusammen mit anderen Katzen wie Tigern und Bobcats), die wiederum in der Ordnung Fleischfresser (mit anderen Fleischfressern wie Bären und Walrossen) steht. Diese Ordnung nistet in der Klasse Mammalia, zu der auch Zebras, Wale und Menschen gehören. Säugetiere sind Teil des Stammes Chordata, der alle Wirbeltiere und exotischere Kreaturen wie den Seespritzer umfasst. Dieses Phylum lebt im Königreich Animalia, das Teil der Domäne Eukaryota ist, die alles mit einem Kern in ihren Zellen umfasst.

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Die Taxonomie entscheidet auch über den zweiteiligen binomischen Namen der Gattung plus Spezies, mit dem Wissenschaftler einen bestimmten Organismus formal bezeichnen (Homo sapiens für uns, Clostridium difficile für einen unserer unerwünschten bakteriellen Gäste).

Diese endgültigen Namen machen die Taxonomie für Wissenschaftler von entscheidender Bedeutung, sagte Baum. "Wir brauchen eine klare Kommunikation. Wenn ich also über eine bestimmte Evolutionsgruppe spreche und jemand anderes [auch], wissen wir, dass wir über dasselbe sprechen", sagte er. "Das ist der Grund, warum wir unbedingt Taxonomie brauchen."

Die Taxonomie spiegelt die Evolution wider

Diesem Nutzen liegt die Art und Weise zugrunde, wie die Taxonomie Organismen nach ihren Beziehungen gruppiert. In der modernen Taxonomie bedeutet dies, evolutionäre Zusammenhänge zu beschreiben. Eine taxonomische Gruppe muss sich immer auf eine Reihe von Organismen beziehen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Evolutionsgeschichte von demselben Vorfahren abstammen. Arten derselben Gattung haben alle einen gemeinsamen Vorfahren. Das gleiche gilt für jede Gattung innerhalb einer Familie und so weiter.

Die Taxonomie ist in der Tat so eng mit der Evolutionstheorie verflochten, dass es schwierig sein kann, abzugrenzen, wann ein Forscher "Taxonomie macht" und wann er "Evolutionsbiologie macht", sagte Baum.

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Klassischerweise beschäftigt sich ein Taxonom mit Taxonomie, indem er die verschiedenen Merkmale eines Organismus oder einer Gruppe von Organismen untersucht, sie mit bekannten Beispielen vergleicht und dann, wenn dies gerechtfertigt ist, Namen neu zuweist oder neue zuweist. Ein Taxonom könnte eine Reihe von Exemplaren entnehmen und potenziell verschiedene Arten trennen, wie das Sekretariat des UN-Umweltprogramms für das Übereinkommen über die biologische Vielfalt beschreibt.

Der Ermittler überprüfte dann, ob diese Gruppen bereits Namen hatten, manchmal durch Lesen jahrhundertealter Probenbeschreibungen oder durch Vergleich mit Proben aus Museen und Herbarien. Sie würden externe und interne Merkmale untersuchen und vielleicht sogar DNA analysieren. Sollten diese Vergleiche keine Übereinstimmungen ergeben, würde der Taxonom eine Beschreibung verfassen und einen neuen Artennamen gemäß den komplizierten Regeln der taxonomischen Nomenklatur zuweisen. Dann würde der Befund veröffentlicht.

Diese Arbeit kann ein bisschen evolutionäre Entdeckung beinhalten, über das bloße Benennen hinaus. In der Praxis betreiben Taxonomen Evolutionsbiologie, sagte Baum. "Sie rekonstruieren die Evolutionsgeschichte. Und so entdecken sie ständig neue evolutionäre Beziehungen zwischen Organismen."

Die Interdependenz des Feldes mit der Evolutionstheorie bedeutet auch, dass die Taxonomie wiederum auf evolutionäre Entdeckungen reagieren muss. Gruppierungen und Namen können sich also manchmal dramatisch ändern.

Zu den Reptilien gehörten ursprünglich Eidechsen, Schlangen, Schildkröten und Krokodile. Vögel wurden als verschieden angesehen. Im Laufe der Zeit stellten Wissenschaftler jedoch fest, dass Krokodile enger mit Vögeln verwandt waren als beide mit anderen Reptilien. (Dies wurde zuerst durch morphologische Studien festgestellt, aber später durch molekulare Analyse gut bestätigt, sagte Baum.) Dies ließ Taxonomen in einem Dilemma darüber zurück, worauf sich die Gruppierung "Reptil" beziehen sollte, da eines ihrer Kernmitglieder nun als mehr angesehen wurde eng mit einem Außenseiter verwandt, sagte Baum.

"Wenn die Taxonomie die Evolutionsgeschichte nicht richtig widerspiegelt und die Leute davon ausgehen, dass dies der Fall ist, neigen sie dazu, Fehler zu machen ..."

- Botaniker David Baum

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Taxonomen hätten den Begriff "Reptil" für die nicht krokodilen Mitglieder (Schlangen, Eidechsen und Schildkröten) reservieren können, da Krokodile enger mit Vögeln verwandt waren. Stattdessen erweiterten Wissenschaftler Reptilien um Vögel.

Die Wissenschaftler expandierten noch weiter und akzeptierten schließlich, dass eine Gruppe von Dinosauriern, die Theropoden, enger mit Vögeln verwandt sind als mit anderen Reptilien. (Der Beweis dafür wurde im Laufe der Jahre erbaut, beginnend mit dem vogelartigen Archaeopteryx in den 1860er Jahren und weiter durch die Entdeckung vieler gefiederter Dinosaurier in den 1990er Jahren.)

Auch hier hätten Taxonomen den Begriff "Dinosaurier" auf jene Dinos beschränken können, von denen die Vögel nicht abstammen. Stattdessen entschieden sich die Forscher dafür, die Gruppierung aller zuvor anerkannten Dinosaurier als Dinosaurier beizubehalten und Vögel als Nachkommen eines Dino-Zweigs anzuerkennen.

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Durch die Reaktion auf solche evolutionären Erkenntnisse kann die Taxonomie nicht nur die Nomenklatur ändern: Sie hilft Wissenschaftlern, Fehler zu vermeiden, sagte Baum. "Wenn Vögel taxonomisch von Krokodilen getrennt gehalten worden wären, würden Biologen eher davon ausgehen, dass die Anatomie und Physiologie der Krokodile der von Eidechsen ähneln würde, anstatt auf die Vögel zu schauen", sagte er. "Wenn die Taxonomie die Evolutionsgeschichte nicht richtig widerspiegelt und die Leute davon ausgehen, dass dies der Fall ist, neigen sie dazu, Fehler in der Schlussfolgerung zu machen. Sie neigen dazu, zu falschen Schlussfolgerungen zu springen."

Wer hat die Taxonomie erfunden??

Die Evolution hat diese Rolle in der Taxonomie jedoch nicht immer gespielt. Das heutige hierarchische Rangsystem stammt von Charles Linnaeus, einem schwedischen Botaniker des 18. Jahrhunderts. Linnaeus hat Darwins Theorie nicht unterschrieben - teilweise aus dem verzeihlichen Grund, dass sie noch nicht erfunden worden war. Der erste große Meilenstein in der Entwicklung der modernen Taxonomie, so Baum, sei die Einbeziehung der Evolutionstheorie. "Seit Darwin bestand die Absicht, die Evolutionsgeschichte im taxonomischen System widerzuspiegeln."

Wie das genau geht, blieb jedoch bis Mitte des 20. Jahrhunderts unklar. Dann zeigten deutsche Wissenschaftler wie Willi Hennig: "Wenn Sie die Evolutionsgeschichte reflektieren wollen, sollten Sie nur ... diesen Gruppen Namen geben, die alle von einem gemeinsamen Vorfahren stammen", sagte Baum.

Heute bestimmen diese "monophyletischen Gruppen" oder Gruppen, die von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, wie Taxonomen Taxa abgrenzen, wobei Gruppen vom Baum des Lebens von ihren gemeinsamen Vorfahren abzweigen. Deshalb muss jede Gattung in einer Familie einen gemeinsamen Vorfahren haben und so weiter. "Stellen Sie sich vor, Sie greifen wie bei einem normalen Baum nach einem Ast und sagen:" Nun, alles, was sich auf diesem Ast befindet, werden wir ihm einen Namen geben ", sagte Baum. Das ist eine monophyletische Gruppe.

Andere wichtige Ereignisse in der eigenen Entwicklung der Taxonomie dienten dazu, die Erkenntnisse von Darwin und Hennig zu verstärken. Das Aufkommen der DNA-Analyse hat Wissenschaftlern geholfen, genauer zu messen, wie verwandte Organismen sind, und Sprünge in der Rechenleistung haben seitdem diese genetischen Entdeckungen beschleunigt, sagte Baum.

Das Problem mit der klassischen Taxonomie

Inmitten dieser glänzenden, modernen Computerzeit bewahrt die Taxonomie jedoch Spuren ihrer jahrhundertealten Wurzeln, die einige Wissenschaftler, darunter auch Baum, als Gepäck bezeichnen.

Die Binomialnamen sind zunächst einmal aus Linnaeus 'vordarwinistischer Denkweise hervorgegangen. Für Linnaeus sagte Baum: "Die Gattungen waren das, was Gott geschaffen hat, und nach der Schöpfung gab es einige Umlagerungen, die verschiedene Arten der Gattung hervorbrachten. Die Gattung war also die Art - 'Gattung' bedeutet auf Latein 'Art' - [ und] Arten waren die Sorte, die Modifikation davon. "

Das Namenssystem, das uns Homo sapiens und Tyrannosaurus rex gibt, spiegelt somit eine kreationistische Sichtweise wider, sagte Baum.

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"Eine Klasse von Schnecken kann nicht sinnvoll mit einer Klasse von Fischen verglichen werden."

- Phylogenetiker Ronald Jenner

Für Baum und andere belastet das "Gepäck" der Taxonomie das gesamte Klassifizierungssystem, insbesondere aufgrund der Ränge. Die wichtige Information in der Taxonomie, so argumentieren diese Wissenschaftler, ist, dass abgegrenzte Gruppen einen gemeinsamen Vorfahren haben, nicht ob sie als Gattung, Stamm, Familie oder Ordnung gelten. Solche Rankings deuten auf eine Äquivalenz zwischen Taxa hin, die nicht der Realität entspricht, sagte Baum.

Ein Phylum könnte zum Beispiel ein ganz anderes Spektrum an Diversität und Zeitachse der evolutionären Divergenz aufweisen als ein anderes, obwohl beide Phyla sind, schrieb Christie Wilcox in Quanta. "Die Reihen bedeuten nichts Spezifisches oder Einheitliches in allen Lebensgruppen", schrieb sie.

"Eine Klasse von Schnecken kann nicht sinnvoll mit einer Klasse von Fischen verglichen werden", sagte der Phylogenetiker Ronald Jenner vom London Natural History Museum gegenüber Quanta.

Ein alternatives System könnte Organismen nur nach ihren monophyletischen Gruppen klassifizieren - den verschachtelten Taxa, die gemeinsame Vorfahren haben - ohne Rangnamen zuzuweisen. "Du hättest immer noch die Mammalia. Es wäre einfach keine Frage, ist die Mammalia ein Befehl, ist es ein Stamm, ist es etwas anderes?" Sagte Baum. "Sie könnten einem Schüler immer noch beibringen, dass dies die großen Gruppen sind, die Sie verstehen müssen, ohne zu implizieren, dass sie vergleichbar sind - Sie wissen, diese Familie und diese Familie haben als Familien etwas gemeinsam. Weil sie es nicht tun."

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Ein großer Schritt in Richtung einer solchen taxonomischen Reform wurde kürzlich mit der neuesten Version von PhyloCode im Jahr 2019 erreicht. Dieses Projekt zielt darauf ab, "das Nomenklatursystem so umzugestalten, dass Sie den korrekten Namen eines Taxons [Gruppe verwandter Organismen] unabhängig vom Rang bestimmen können. "Sagte Baum. Unter diesem System könnte "Mammalia" nicht als Klasse definiert werden, sondern als all jene Organismen, die einen jüngsten gemeinsamen Vorfahren mit Menschen und Schnabeltieren teilen, sagte Baum. Der Name Mammalia würde sich immer noch auf eine Gruppe mit einem gemeinsamen Vorfahren beziehen, aber es würde keinen Rang wie "Klasse" geben, was fälschlicherweise darauf hindeutet, dass die Gruppe in Größe oder Vielfalt anderen Klassen ähnlich ist.

Der Aufbau dieses alternativen Systems erfordert jedoch eine enorme Datenbank phylogenetischer Definitionen - Definitionen eng verwandter Gruppen. Das ist ein riesiges, laufendes Projekt, sagte Baum. PhyloCode ist unter Biologen und Taxonomen nach wie vor umstritten, und die Bemühungen werden neben den traditionellen Klassifikationen, Definitionen und Nomenklaturkämpfen fortgesetzt, die Taxonomen seit Jahrhunderten beschäftigen. Zumindest für den Moment wenden sich Wissenschaftler immer noch der traditionellen Form der Taxonomie zu, um neu entdeckten Arten ihre Namen und ihre Stellen auf dem Baum des Lebens zuzuweisen.

Zusätzliche Ressourcen:

• Taxonomische Informationen zu nordamerikanischen Organismen finden Sie im Integrierten Taxonomischen Informationssystem der US-Regierung.
• Lesen Sie mehr über taxonomische "Vandalen" im Smithsonian Magazine.
• Erfahren Sie mehr über das PhyloCode-Projekt der International Society for Phylogenetic Nomenclature.