Ringvorlesung „Biologie I: Biodiversität und Evolution“ WINTERSEMSTER 2008-2009 http://www.bot.uni-heidelberg.de/koch/ Marcus Koch Heidelberger Institut für Pflanzenwissenschaften BIODIVERSITÄT und PFLANZENSYSTEMATIK 1. (14.)

Literaturempfehlungen: 1) Einstieg: Dieter Hess. 2005. Systematische Botanik. UTB Verlag, Stuttgart, 239 Seiten [19,90 €] 2) Vertiefung: Peter Sitte et. al. 2002. Strasburger – Lehrbuch der Botanik. 35. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 1119 Seiten [99,90 €]. – inkl. CD-Rom 3) Begriffe (Dt): CD-Rom (Besl et al. – zum Strasburger) Wörterbuch zur Botanik von G. Wagenitz Begriffe (Engl): Edmund Launert. 1998. Biologisches Wörterbuch. UTB Verlag, Stuttgart, 739 Seiten [39,90 €] 4) Vertiefung (Engl): Walter S. Judd et al. 2002. Plant systematics: a phylogenetic approach. Sinauer Associates, Sunderland, USA, 576 Seiten, [102,50 €]. - inkl. CD-Rom TIPP: gebrauchte Bücher bei WWW.AMAZON.DE …

Vorlesung, Systematikschema Downloads unter: http://www.bot.uni-heidelberg.de/koch/Studenten/WS-2008-2009/GV-BIO-1/ Vorlesung, Systematikschema http://ephedra.hip.uni-heidelberg.de/lehre/ weitere generelle Materialien, z.B. Seminarbeiträge

Was ist BIODIVERSITÄT? 1986 auf einem Symposium in den USA geprägt (als Vorbereitung zum Gipfel von Rio de Janeiro 1992) AUSGANGSPUNKT: FORSCHUNG und SCHUTZ ORGANISMISCHER, BIOLOGISCHER VIELFALT Zahl geschätzter Pflanzenarten: 320.000 (84% bekannt) (bis 500.000) ABER: 20 Mill. Organismen insgesamt?!

Für Erstellung der „Weltbiodiversitätskarte“ benutzt

Arteninventar-basierender Ansatz * Kritische Artdefinition * Korrektur für Arealgrößen: z.T. nur politisch definierte „Kartiereinheiten“ (z.B. mithilfe von Vegetationskarten)

Ökodiversität Geodiversität Biodiversität Abiotische Faktoren Klima/Wasser Geologie/Chemie Morphologie/Orographie Biotische Faktoren Produzenten Konsumenten Destruenten

Südamerikanische Geodiversität Basis: Digitale Daten der Topographie, Boden und Klima Die Topographie zeigt hohe Diversität über die Gesamten Anden hinweg. Die Zentren der totalen Geodiversität, inklusive Klima and Boden, zeigen eine gute Korrelation mit den Zentren der bio- logischen Diversität. (z.B. östliche Abhänge der Anden in Peru und Bolivien)

z.B. Tropen z.B. Tropen z.B. Tropen z.B. Tropen

Maßzahlen von Diversität: * Arten-Diversität (species diversity): Artenzahl (S) * Arten-Dichte: Artenzahl pro Fläche (S/A), auch ARTENVIELFALT * Endemitenanteil: prozentualer Anteil endemischer Arten * Eveness (nach Haeupler 1982): „Grad der Gleichverteilung“; der maximale Wert ist erreicht, wenn alle auf einer Fläche vorkommenden Arten gleich viele Individuen (oder Deckung) haben. * α-Diversität (nach Whittaker 1972): Artenreichtum eines Bestandes oder einer Gesellschaft * β-Diversität: Wechsel von Artenzusammensetzungen entlang ökologischer Gradienten * γ-Diversität: Artenvielfalt eines Vegetationskomplexes oder einer Landschaft * Genetische Vielfalt: z.B. allelelische Diversität (Alelle pro Genort) * Habitat-Diversität * Struktur-Diversität * Tropho-Diversität usw.

Beispiel: Einteilung von organismischer Diversität nach der Art und Weise ihrer Ausbreitung vor 1492 (Invasive) (Indigene)

Ackerhellerkraut Archaeophyt Riesenbärenklau Invasiver Neophyt Rotbuche Indigene Art

Endemismus

Unterschiede bei verschiedenen Maßzahlen oder Indices (Gefäßpflanzen) Most of the analyses presented in the figure (Mutke & Barthlott 2000) are based on the PLANTS online database of plants of the USA (USDA & NRCS 1997). Parts of the data on vascular plants in this database are copyrighted by JOHN KARTESZ of the Biota of North America Program (BONAP). The richness at species, genus and family level is compared in fig. a-c. Species numbers have been calculated for a standard area of 100,000 km2 using the equation by ARRHENIUS (1920, 1921) with z = 0.13. For the numbers of families and genera, no such standardisation technique was applied. As a combined index of endemism and species richness, the reciprocal value of the range size within the USA was summed up for all species. This index of "range size rarity" according to USHER (1986) was interpreted as "Index of specific contribution" (Cs)  or "endemism richness" by KIER & BARTHLOTT. The bigger the range size of a species the smaller is its contribution to this index. As the PLANTS database only contains data on the species distributions on the state level, the sum of the area sizes of the states where the species occur is used as area of distribution in the equation of the Cs-Index.] Mutke, J. & W. Barthlott (2000): Some aspects of North American phytodiversity and its biogeographic relationships. - In: S.-W. Breckle, B. Schweizer & U. Arndt (eds.): Results of worldwide ecological studies - Proceedings of the 1st Symposium by the A.F.W. Schimper-Foundation est. by H. and E. Walter - Hohenheim, October 1998. Verlag Günter Heimbach, Stuttgart:435-447. Unterschiede bei verschiedenen Maßzahlen oder Indices (Gefäßpflanzen)

Florenreiche: Palaeotropis, Neotropis, Capensis, Australis, Holarktis, Antarktis

Beispiel: α-Diversität

α-Diversität

Z-Wert

Beispiel: Genetische Diversität Grundlage: Allele und Genorte Allelische Diversität: * Durchschnittliche Anzahl von Allelen pro Genort * Durchschnittliche Anzahl polymorpher Genorte * Shannon-Index * Heterozygotiegrad (Hobs) RAPD-OP R10 Hobs = 0,2 Phospho-Glucomutase

Sammlungen und Botanische Gärten (hier 500) kultivieren etwa 80 Sammlungen und Botanische Gärten (hier 500) kultivieren etwa 80.000 Arten oder 30% aller beschriebenen Arten und repräsentieren 85% aller Familien der Gefäßpflanzen. ABER: Ungleichverteilung bei der weltweiten Repräsentanz und Biodiversität.

Beispiel: Brighamia insignis (Cabbage on a stick) Lobeliaceae [Glockenblumenverwandte] Endemic to Kaua'i and Ni'ihau (mit nur noch etwa 150 Individuen)