Friedrich Twenhöven

Vom Ähnlichkeitsbaum zum Abstammungsbaum

Friedrich Twenhöven

Ein leicht nachzuvollziehendes Modell zur Kladistik

Mit dem Begriff „Systematik verbindet man ein Ordnungssystem, mit dessen Hilfe sich Tiere und Pflanzen in die richtige „Schublade einordnen lassen. Die moderne Systematik, die Kladistik, ist jedoch mehr als das: Sie ist ein ausgeklügeltes Verfahren der Erkenntnisgewinnung. Das Modell des Ähnlichkeitsbaums ermöglicht Schülerinnen und Schülern einen leicht nachzuvollziehenden Zugang zu dem wichtigen Verfahren.

Als Willi Hennig die Kladistik (griech. Klados = Ast, Verästelung) in den 1950er-Jahren entwickelte und in seinem Lehrbuch „Phylogenetic Systematics (1966) publizierte, war sie sehr umstritten. Systematische Gruppen wie die Reptilien oder die Fische wurden infrage gestellt. Zudem war das von Hennig gewählte Vokabular (Apomorphien und Plesiomorphien) gewöhnungsbedürftig. Seine Methodik konnte sich dennoch zunächst im angelsächsischen Raum und schließlich weltweit durchsetzen.
Heute sind Kladogramme zur Darstellung von Verwandtschaftsverhältnissen fester Bestandteil der wissenschaftlichen Literatur. Mithilfe leistungsfähiger Computer können sehr komplexe Kladogramme aus riesigen genetischen Datensätzen errechnet werden.
Hennigs Methodik war nicht grundsätzlich neu. Sie stellt ein vorurteilsfreies und reproduzierbares Verfahren für schwierige Entscheidungen bereit, die jeder Systematiker zu treffen hat: Welche Merkmale sind zur Charakterisierung einer systematischen Gruppe geeignet und welche nicht? Welche Merkmale sind auf welcher Ebene eines hierarchischen Systems geeignet? So ist das Merkmal „hartschalige Eier sicher ein Merkmal aller Vögel es ist jedoch nicht geeignet, die systematische Gruppe der Vögel zu charakterisieren, weil einige Reptilien ebenfalls hartschalige Eier legen.
Bei der Suche nach geeigneten Merkmalen beschränkten sich frühere Systematiker auf solche, die sie für homolog hielten. Zur Prüfung benutzten sie z.B. die von Adolf Remane aufgestellten Homologiekriterien (1952). Mit diesem Vorgehen setzten sie sich aber dem Vorwurf aus, das natürliche System der Lebewesen nicht in der Natur entdeckt, sondern schon a priori vorausgesetzt zu haben ein Circulus vitiosus.
Interpretation des Hennigschen Modells
Ein nach Hennigs Methode erstellter Ähnlichkeitsbaum kann als Stammbaum gedeutet werden: Mit der sukzessiven Abtrennung von Kladen wird anschließend die zeitliche Abfolge in der Stammesgeschichte rekonstruiert. Zuerst bildeten sich beispielsweise die Gliedmaßen, dann die Flügel usw. Die gemeinsamen Merkmale einer Klade sind die Merkmale des letzten gemeinsamen Vorfahren. Sie haben sich in der Stammesgeschichte neu entwickelt und werden nach Hennig „abgeleitete Merkmale oder Apomorphien genannt. Nur diese Neuentwicklungen können eine systematische Gruppe definieren. So sind die Haare ein abgeleitetes Merkmal, das die Gruppe der Säugetiere exklusiv charakterisiert. Hingegen ist der in zwei Hälften geteilte Blutkreislauf auf der Ebene der Säugetiere ein ursprüngliches Merkmal. Er hatte sich schon bei den früheren Vorfahren, den Amnioten, entwickelt.
Lösung von Merkmalskonflikten
Im Unterschied zu Verfahren wie der Numerischen Taxonomie, in denen die prozentuale Gesamtähnlichkeit zweier Organismen bestimmt wird, prüft die Kladistik das Vorhandensein jedes einzelnen Merkmals in einer Organismengruppe. Bei großen Datensätzen mit Hunderten von Merkmalen kommt es regelmäßig zu Konflikten: Welcher Stammbaum ist nun der richtige?
Kasten 1 zeigt das Vorgehen exemplarisch. Die Gemeinsamkeit „Flügel von Fledermaus und Vogel steht in einem Konflikt mit der links vorgenommenen Einteilung. Theoretisch wäre auch eine Gruppe „Flügeltiere möglich gewesen. Die Kladistik bietet in solchen Fällen eine einfache Methodik an: Der Merkmalskonflikt wird so gelöst, dass man möglichst wenige Annahmen treffen muss (Prinzip der Parsimonie). Die einfachste Erklärung lautet in diesem Fall: Flügel entstanden...
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 421 / 2017

Geschichte und Verwandtschaft

Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 10-13