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5.20: Taxonomie - Biologie

5.20: Taxonomie - Biologie


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Lernerfolge

  • Listen Sie die verschiedenen Ebenen des taxonomischen Klassifikationssystems auf

Taxonomie (was wörtlich „Anordnungsrecht“ bedeutet) ist die Wissenschaft der Klassifizierung von Organismen, um international gemeinsame Klassifizierungssysteme zu konstruieren, wobei jeder Organismus in immer umfassendere Gruppierungen eingeordnet wird. Diese Organisation von größeren zu kleineren, spezifischeren Kategorien wird als hierarchisches System bezeichnet.

Das taxonomische Klassifikationssystem (nach seinem Erfinder Carl Linnaeus, einem schwedischen Botaniker, Zoologen und Arzt auch Linné-System genannt) verwendet ein hierarchisches Modell. Ausgehend vom Ursprungsort werden die Gruppen spezifischer, bis ein Zweig als eine einzige Art endet. Zum Beispiel teilen Wissenschaftler nach dem gemeinsamen Beginn allen Lebens Organismen in drei große Kategorien ein, die als Domänen bezeichnet werden: Bakterien, Archaea und Eukarya. Innerhalb jeder Domäne gibt es eine zweite Kategorie namens a Königreich. Nach den Königreichen sind die folgenden Kategorien mit zunehmender Spezifität: Stamm, Klasse, Auftrag, Familie, Gattung, und Spezies (Abbildung 1).

Das Königreich Animalia stammt aus der Domäne Eukarya. Für den gewöhnlichen Hund wären die Klassifizierungsstufen wie in Abbildung 1 dargestellt. Daher hat der vollständige Name eines Organismus technisch gesehen acht Begriffe. Für den Hund sind es: Eukarya, Animalia, Chordata, Mammalia, Carnivora, Canidae, Canis, und Lupus. Beachten Sie, dass jeder Name mit Ausnahme von Arten groß geschrieben wird und die Gattungs- und Artnamen kursiv sind. Wissenschaftler bezeichnen einen Organismus im Allgemeinen nur durch seine Gattung und Art, was sein wissenschaftlicher Name ist, der aus zwei Wörtern besteht binomischen Nomenklatur. Daher lautet der wissenschaftliche Name des Hundes Wolf. Der Name auf jeder Ebene wird auch als a . bezeichnet Taxon. Mit anderen Worten, Hunde sind in Ordnung Carnivora. Carnivora ist der Name des Taxons auf Ordnungsebene; Canidae ist das Taxon auf Familienebene und so weiter. Organismen haben auch einen gebräuchlichen Namen, den Menschen normalerweise verwenden, in diesem Fall Hund. Beachten Sie, dass der Hund zusätzlich eine Unterart ist: die „vertraut" in Canis lupus familiaris. Unterarten sind Mitglieder derselben Art, die in der Lage sind, sich zu paaren und lebensfähige Nachkommen zu reproduzieren, aber sie werden aufgrund geographischer oder verhaltensbedingter Isolation oder anderer Faktoren als separate Unterarten betrachtet.

Abbildung 2 zeigt, wie sich die Niveaus bei anderen Organismen in Richtung Spezifität bewegen. Beachten Sie, wie der Hund eine Domäne mit der größten Vielfalt von Organismen teilt, einschließlich Pflanzen und Schmetterlingen. Auf jeder Unterebene werden sich die Organismen ähnlicher, weil sie enger verwandt sind. Historisch haben Wissenschaftler Organismen anhand von Merkmalen klassifiziert, aber mit der Entwicklung der DNA-Technologie wurden genauere Phylogenien bestimmt.

Übungsfrage

Auf welcher Ebene werden Katzen und Hunde als Teil derselben Gruppe angesehen?

[practice-area rows=”2″][/practice-area]
[reveal-answer q=”614472″]Antwort anzeigen[/reveal-answer]
[hidden-answer a=”614472″]Katzen und Hunde sind auf fünf Ebenen Teil derselben Gruppe: beide befinden sich in der Domäne Eukarya, dem Königreich Animalia, dem Stamm Chordata, der Klasse Mammalia und der Ordnung Carnivora.[/hidden -Antworten]

Besuchen Sie diese Website, um drei Organismen – Bär, Orchidee und Seegurke – von Königreich zu Art zu klassifizieren. Um das Spiel zu starten, klicken Sie unter Leben klassifizieren auf das Bild des Bären oder auf die Schaltfläche Interaktiv starten.

Jüngste genetische Analysen und andere Fortschritte haben ergeben, dass einige frühere phylogenetische Klassifikationen nicht mit der evolutionären Vergangenheit übereinstimmen; Daher müssen Änderungen und Aktualisierungen vorgenommen werden, wenn neue Entdeckungen auftreten. Denken Sie daran, dass phylogenetische Bäume Hypothesen sind und modifiziert werden, wenn Daten verfügbar werden. Darüber hinaus hat sich die Klassifikation in der Vergangenheit darauf konzentriert, Organismen hauptsächlich nach gemeinsamen Merkmalen zu gruppieren, und veranschaulicht nicht unbedingt, wie die verschiedenen Gruppen aus evolutionärer Perspektive zueinander in Beziehung stehen. Trotz der Tatsache, dass ein Nilpferd mehr einem Schwein als einem Wal ähnelt, kann es zum Beispiel der nächste lebende Verwandte des Wals sein.

Videozusammenfassung

Dieses Video bietet eine weitere Einführung in die Taxonomie und ihre Funktionsweise:

Ein YouTube-Element wurde aus dieser Textversion ausgeschlossen. Sie können es hier online ansehen: pb.libretexts.org/fob1/?p=104


Variantenaufrufformat

Die Variantenaufrufformat (VCF) gibt das Format einer Textdatei an, die in der Bioinformatik zum Speichern von Gensequenzvariationen verwendet wird. Das Format wurde mit dem Aufkommen groß angelegter Genotypisierungs- und DNA-Sequenzierungsprojekte wie dem 1000 Genomes Project entwickelt. Vorhandene Formate für genetische Daten wie das General Feature Format (GFF) speicherten alle genetischen Daten, von denen viele überflüssig sind, da sie von den Genomen gemeinsam genutzt werden. Bei Verwendung des Variantenaufrufformats müssen nur die Varianten zusammen mit einem Referenzgenom gespeichert werden.

Der Standard liegt derzeit in der Version 4.3 vor, [1] [2] obwohl das 1000 Genomes Project eine eigene Spezifikation für strukturelle Variationen wie Duplikationen entwickelt hat, die sich nicht ohne weiteres in das bestehende Schema einpassen lassen. [3] Es gibt auch ein Genomischer VCF (gVCF) erweitertes Format, das zusätzliche Informationen zu "Blöcken" enthält, die der Referenz und ihren Eigenschaften entsprechen. [4] Eine Reihe von Werkzeugen ist auch zum Bearbeiten und Manipulieren der Dateien verfügbar. [5] [6]


Gibt es eine herunterladbare Liste aller Arten zusammen mit ihrer traditionellen Klassifizierung?

Ich suche nach einer herunterladbaren Liste aller bekannten (oder besser gesagt online dokumentierten) Arten in diesem einfachen Format, als Beispiel der Europäische Frosch:

Königreich: Animalia
Abteilung: Chordata
Klasse: Amphibien
Auftrag: Anura
Familie: Ranidae
Gattung: Rana
Spezies: Rana temporaria

Ich möchte diese Liste offline in einem strukturierten Text- oder Datenbankformat haben, das ich analysieren kann. Wenn eine solche Liste andere nützliche Attribute hat (Credits, Verbreitung, gebräuchliche Namen), ist dies willkommen, aber das oben Genannte ist das absolute Minimum, das ich brauche. Ich weiß, dass es im obigen System mehr Taxonomiestufen gibt (Species 2000 & ITIS Catalog of Life: April 2013), aber ich brauche nur diese grundlegenden 6.

Ich habe mir mehrere Sammlungen angesehen und habe Schwierigkeiten, die benötigten Daten zu erhalten. Entweder ist die Datenbank unvollständig, als Datenbank nicht zugänglich, hat komplizierte Datenstrukturen oder hat schlecht beschriebene und langsame Web-APIs, auf die ich mich nicht verlassen kann.

Vom Konzept her scheint mir http://www.catalogueoflife.org meinen Bedürfnissen am nächsten zu kommen, aber ihr Download ist ein Werkzeug, keine Datenbank. Ich sehe, dass der Download einen MySQL-Ordner enthält, der viele Dateien enthält, aber ich weiß nicht, wie ich ihn in eine Datenbank rekonstruieren kann. Es scheint auch, dass sie die Seite gezogen haben, um den Datenbank-Download zu beschreiben.

So einfach meine Frage auch erscheinen mag (ich bin kein Biologe, also dachte ich, es wäre einfach), ich habe mehrere Stunden damit verschwendet, leer zu stehen. Ich habe mich gefragt, ob jemand die Arbeit geleistet hat, um grundlegende Arteninformationen in einem verständlichen Format wie gewünscht bereitzustellen?

Was die Vollständigkeit der Arten angeht, klingt der 1,3 m lange Katalog des Lebens wirklich gut, da ich mein System derzeit auf Wikipedia stütze, die nur 180.000 Arten enthält.


Halophile

Nach Angaben des National Center for Biotechnological Information (NCBI) gibt es derzeit 48 benannte Gattungen, die zur Familie Halobacteriaceae (einschließlich Halobacterium) gehören. Auf dieser Ebene werden die Gattungen und Arten über den zuvor beschriebenen polyphasischen Ansatz bestimmt.

Die Klassifizierung von Halobacterium-Stämmen in Arten war eine schwierige Aufgabe. Der Ursprung des Halobacterium sp. NRC-1 ist unklar, obwohl verschiedene Literatur es als einen Stamm von entweder H. halobium, H. cutirubrum, H. salinarium oder H. salinarum kategorisiert hatte (die letzten beiden sind dieselbe Art, wurden jedoch aufgrund von Sprachproblemen umbenannt). Im Jahr 2000 wurde er jedoch der erste Halobacterium-Stamm, dessen gesamtes Genom sequenziert wurde, und die Autoren der entsprechenden Veröffentlichung wiesen die Bestimmung seiner endgültigen Taxonomie um und kehrten stattdessen zum Label Halobacterium sp. NRC-1. Im Jahr 2004 klassifizierte ein Artikel das Wildtyp-Isolat als Stamm von H. salinarum, obwohl verschiedene Beweise diese Schlussfolgerung in Frage stellten. Zum Beispiel ein unverkennbarer phänotypischer Unterschied zwischen Halobacterium sp. NRC-1 und der „H. salinarum“-Stamm R-1 ist das Fehlen von Gasbläschen in H. salinarum str. R-1, ein Merkmal, von dem angenommen wird, dass es Phototaxis, Thermotaxis und Chemotaxis verleiht und von signifikanter Bedeutung für Halobacterium sp. Überleben von NRC-1 [10] , [11] . Erhebliche übermäßige Abhängigkeit von phylogenetischen Bäumen, die aus 16S-rRNA-Vergleichen hergestellt wurden, hat zur falschen Darstellung von Arten beigetragen, da sich diese Sequenzen bei den meisten Teilnehmern von Halobacterium ändern [11] .

Dieses Diagramm zeigt die Auswirkungen einer steigenden Salzkonzentration (Natriumchlorid) auf die Wachstumsrate verschiedener Mikroorganismen mit unterschiedlichen Salztoleranzen.

Grafik aus 'Brock Biology of Microorganisms' [6] .

Der phylogenetische Baum (links) ist das Produkt von 16S-rRNA-Sequenzvergleichen. Die fettgedruckten Zweige innerhalb jeder Domäne zeigen Zweige an, die in halophilen Mikroorganismen enthalten sind. Die angegebenen Namen repräsentieren die Typusgattung dieses Zweiges.

Diagramm aus "Halophile Mikroorganismen und ihre Umgebungen" [8] .

Das Bild (rechts) zeigt Artemia salina , eine Art von Artemia, eine primitive Gruppe von Menschenfüßern, die neben anderen hypersalinen Habitaten im Großen Salzsee zu finden ist. Sie sind vielzellige Eukarya, die in fast gesättigtem Wasser (50% Salzkonzentration) sowie in Meerwasser mit Salzgehalt (2,9 - 3,5% gelöste Salze) leben können [9] .

Nebenbei bemerkt, eine bestimmte Sorte dieser Salzgarnelen sind die Organismen, die Sie in den 'Sea-Monkeys'-Kits sehen können!


5.3 Wie messen wir Ähnlichkeit?

Von einer Feder: Wie die Entfernungen gemessen und Ähnlichkeiten zwischen Beobachtungen definiert werden, hat einen starken Einfluss auf das Clustering-Ergebnis. Unser erster Schritt ist zu entscheiden, was wir unter verstehen ähnlich. Es gibt mehrere Möglichkeiten, Vögel zu vergleichen: Zum Beispiel ergibt eine Entfernung anhand von Größe und Gewicht eine andere Clusterung als eine anhand von Nahrung oder Lebensraum. Nachdem wir die relevanten Merkmale ausgewählt haben, müssen wir entscheiden, wie wir die Unterschiede zwischen den mehreren Merkmalen zu einer einzigen Zahl zusammenfassen. Hier ist eine Auswahl an Auswahlmöglichkeiten, von denen einige in Abbildung 5.5 dargestellt sind.

Abbildung 5.5: Konturdiagramme mit gleichem Abstand gemäß vier verschiedenen Abständen: Punkte auf einer Kurve haben alle den gleichen Abstand vom Mittelpunkt.

Euklidisch Der euklidische Abstand zwischen zwei Punkten (A=(a_1. a_p)) und (B= (b_1. b_p)) in einem (p)-dimensionalen Raum (für die (p)-Features) ist die Quadratwurzel der Quadratsumme der Differenzen in allen (p)-Koordinatenrichtungen:

Manhattan Die Entfernung Manhattan, City Block, Taxicab oder (L_1) ergibt die Summe der absoluten Differenzen in allen Koordinaten.

Maximal Das Maximum der absoluten Differenzen zwischen Koordinaten wird auch als (L_infty)-Abstand bezeichnet:

Gewichteter euklidischer Abstand ist eine Verallgemeinerung der gewöhnlichen euklidischen Distanz, indem verschiedenen Richtungen im Merkmalsraum unterschiedliche Gewichte gegeben werden. Ein Beispiel für eine gewichtete euklidische Distanz haben wir bereits in Kapitel 2 kennengelernt, die (chi^2)-Distanz. Es wird verwendet, um Zeilen in Kontingenztabellen zu vergleichen, und die Gewichtung jedes Features ist der Kehrwert des erwarteten Wertes. Die Mahalanobis Abstand ist ein weiterer gewichteter euklidischer Abstand, der die Tatsache berücksichtigt, dass verschiedene Merkmale einen unterschiedlichen Dynamikbereich haben können und dass einige Merkmale positiv oder negativ miteinander korreliert sein können. Die Gewichte werden in diesem Fall aus der Kovarianzmatrix der Merkmale abgeleitet. Siehe auch Frage 5.1.

Minkowski Wenn der Exponent (m) anstelle von (2) ist, wie in der euklidischen Distanz, ergibt sich die Minkowski-Distanz

Bearbeiten, Hamming Dieser Abstand ist die einfachste Möglichkeit, Zeichenfolgen zu vergleichen. Es zählt einfach die Anzahl der Unterschiede zwischen zwei Zeichenketten. Dies könnte auf Nukleotid- oder Aminosäuresequenzen angewendet werden – obwohl in diesem Fall die verschiedenen Zeichensubstitutionen normalerweise mit unterschiedlichen Beiträgen zum Abstand verbunden sind (um physische oder evolutionäre Ähnlichkeiten zu berücksichtigen), und Deletionen und Insertionen können auch erlaubt sein.

Binär Wenn die beiden Vektoren binäre Bits als Koordinaten haben, können wir uns die Nicht-Null-Elemente als „Ein“ und die Null-Elemente als „Aus“ vorstellen. Die binäre Distanz ist der Anteil der Merkmale, die nur ein Bit eingeschaltet haben, unter den Merkmalen, die mindestens ein Bit eingeschaltet haben.

Jackcard-Distanz Das Auftreten von Merkmalen oder Merkmalen in ökologischen oder Mutationsdaten kann in Anwesenheit und Abwesenheit übersetzt und als Einsen und Nullen kodiert werden. In solchen Situationen ist das gemeinsame Auftreten oft informativer als das gemeinsame Fehlen. Wenn man beispielsweise Mutationsmuster bei HIV vergleicht, ist die Koexistenz einer Mutation in zwei verschiedenen Stämmen tendenziell eine wichtigere Beobachtung als ihre Koexistenz. Aus diesem Grund verwenden Biologen die Jaccard-Index. Nennen wir unsere beiden Beobachtungsvektoren (S) und (T) , (f_<11>) die Häufigkeit, mit der ein Merkmal in (S) und (T) , ( f_<10>) (und (f_<01>) ) die Häufigkeit, mit der ein Merkmal in (S) vorkommt, aber nicht in (T) (und umgekehrt), und (f_<00 >) die Häufigkeit, mit der ein Feature gleichzeitig fehlt. Der Jaccard-Index ist

(d.h. es ignoriert (f_<00>) ), und die Jaccard-Unähnlichkeit ist

Korrelationsbasierte Distanz

Abbildung 5.6: Ein Beispiel für die Verwendung von Mahalanobis-Distanzen, um die Distanz eines neuen Datenpunktes (rot) von zwei Clusterzentren zu messen.

Welchem ​​der beiden Clusterzentren in Abbildung 5.6 liegt der rote Punkt am nächsten?

Eine naive Antwort würde die euklidische Metrik verwenden und entscheiden, dass der Punkt näher am linken Cluster liegt. Da wir jedoch sehen, dass die Merkmale unterschiedliche Reichweiten und Korrelationen aufweisen und diese sich sogar zwischen den beiden Clustern unterscheiden, ist es sinnvoll, clusterspezifische Mahalanobis-Abstände zu verwenden. Die Abbildung zeigt Höhenlinien für beide Cluster. Diese wurden aus einer Dichteschätzung gewonnen, der Mahalanobis-Abstand nähert sich diesen Konturen mit Ellipsen an. Der Abstand zwischen dem roten Punkt und jedem der Clusterzentren entspricht der Anzahl der überquerten Höhenlinien. Wir sehen, dass der rote Punkt näher daran liegt, je weiter die Gruppe rechts verteilt ist.

Abbildung 5.7: Das untere Abstandsdreieck kann durch eine beliebige von hundert verschiedenen Funktionen in verschiedenen . berechnet werden R Pakete ( vegdist in vegan, Gänseblümchen in Cluster, genetische_distanz in gstudio, dist.dna in Affe, Dist in eine Karte, Entfernung in Ökodist, dist.multiPhylo in Geschichte, kürzesterPfad in gdistanz, % dudi.dist und dist.genet in ade4).

5.3.1 Berechnungen zu Abständen in R

Die dist-Funktion in R ist so konzipiert, dass sie weniger Platz benötigt als die vollständigen (n^2)-Positionen, die eine vollständige (n imes n)-Distanzmatrix zwischen (n)-Objekten benötigen würde. Die Funktion berechnet eine von sechs Entfernungsoptionen (euklidisch, maximal, manhattan, canberra, binär, minkowski) und gibt einen Vektor von Werten aus, der ausreicht, um die vollständige Entfernungsmatrix zu rekonstruieren. Die Funktion gibt ein spezielles Objekt der Klasse dist zurück, das den entsprechenden Vektor der Größe (n imes(n-1)/2) kodiert. Hier ist die Ausgabe für eine (3) mal (3) Matrix:

Um auf eine bestimmte Distanz (zB die Distanz zwischen Beobachtung 1 und 2) zuzugreifen, muss man das Dist-Class-Objekt wieder in eine Matrix umwandeln.

Schauen wir uns an, wie wir den oben definierten Jaccard-Abstand zwischen HIV-Stämmen berechnen würden.

Vergleichen Sie die Jaccard-Distanz (verfügbar als Funktion vegdist im R-Paket vegan) zwischen Mutationen in den HIV-Daten entspricht dem korrelationsbasierten Abstand.

Abbildung 5.8: Ein Beispiel für die Berechnung der kophenetischen Distanz (xkcd).

Es kann auch interessant sein, komplexe Objekte, die keine traditionellen Vektoren oder reelle Zahlen sind, anhand von Unähnlichkeiten oder Abständen zu vergleichen. Die Gower-Distanz für Daten gemischter Modalitäten (sowohl kategoriale Faktoren als auch kontinuierliche Variablen) kann mit der Daisy-Funktion berechnet werden. Tatsächlich können Abstände zwischen beliebigen Objektpaaren definiert werden, nicht nur Punkten in (^p) oder Zeichenfolgen. Zum Beispiel die Funktion shortest.paths aus dem igraph Das Paket, das wir in Kapitel 10 sehen werden, berechnet den Abstand zwischen den Knoten in einem Graphen und die Funktion cophenetic berechnet den Abstand zwischen den Blättern eines Baumes, wie in Abbildung 5.8 dargestellt. Wir können den Abstand zwischen Bäumen mit dist.multiPhylo in der berechnen Geschichte Paket.

Der Jaccard-Index zwischen Graphen kann berechnet werden, indem man sich zwei Graphen ansieht, die auf denselben Knoten aufgebaut sind, und die Anzahl der gleichzeitig auftretenden Kanten zählt. Dies ist in der Funktionsähnlichkeit in der implementiert igraph Paket. Entfernungen und Unähnlichkeiten werden auch verwendet, um Bilder, Töne, Karten und Dokumente zu vergleichen. Eine Distanz kann sinnvollerweise Domänenwissen umfassen und bei sorgfältiger Wahl zur Lösung vieler schwieriger Probleme mit heterogenen Daten führen. Frag dich, was ist das? relevant Der Begriff der „Nähe“ oder Ähnlichkeit Ihrer Daten kann nützliche Möglichkeiten bieten, sie darzustellen, wie wir in Kapitel 9 untersuchen werden.


Eine mitogenomische Phylogenie von Chitonen (Mollusca: Polyplacophora)

Hintergrund: Polyplacophora oder Chitons faszinieren Malakologen seit langem wegen ihrer ausgeprägten und eher konservierten Morphologie und Lebensweise im Vergleich zu anderen Weichtierklassen. Wichtige Aspekte ihrer Phylogenie und Evolution bleiben jedoch aufgrund der wenigen morphologischen, molekularen oder kombinierten phylogenetischen Analysen unklar, insbesondere diejenigen, die sich mit den Beziehungen zwischen den wichtigsten Chiton-Linien befassen.

Ergebnisse: Hier präsentieren wir eine mitogenomische Phylogenie von Chitonen, die auf 13 neu sequenzierten mitochondrialen Genomen zusammen mit acht verfügbaren und RNAseq-abgeleiteten mitochondrialen Sequenzen von vier weiteren Spezies basiert. Rekonstruierte Phylogenien stimmten weitgehend mit den neuesten Fortschritten in der Chitonsystematik und integrativen Taxonomie überein, aber wir identifizierten einige Konflikte, die taxonomische Überarbeitungen erfordern. Trotz einer insgesamt konservierten Genordnung in Chiton-Mitogenomen haben wir drei neue Umordnungen beschrieben, die taxonomischen Nutzen haben könnten, und das wahrscheinlichste Szenario einer Änderung der Genordnung in dieser Gruppe rekonstruiert. Unsere Phylogenie wurde mit verschiedenen Fossilien und entspannten molekularen Uhren zeitlich kalibriert und die Robustheit dieser Analysen mit mehreren Sensitivitätsanalysen bewertet. Das abgeleitete Alter stimmte weitgehend mit früheren Schätzungen der molekularen Uhr und dem Fossilienbestand überein, aber wir stellten auch fest, dass die dem Chiton-Fossilienbestand innewohnenden Mehrdeutigkeiten die Analysen der molekularen Uhr durcheinanderbringen könnten.

Schlussfolgerungen: Im Lichte des rekonstruierten zeitkalibrierten Gerüsts diskutieren wir die Evolution wichtiger morphologischer Merkmale und fordern weitere Bemühungen zur Klärung der Phylogenie und Evolution von Chitonen.

Schlüsselwörter: Bayesian Evolution Fossil Maximum Likelihood Mitochondriales Genom Molekulare Uhr Molluske Mt Timetree.


Wachstumsform

Isoetes Arten sind typischerweise kleine Pflanzen mit langen, schmalen Blättern, die aus der Basis der Pflanze wachsen. Ihre Blätter sind normalerweise zwischen 5 und 20 cm lang, obwohl einige Arten Blätter haben, die über 60 cm lang werden und die größte Art Blätter bis zu 1 m lang hat. Eine Pflanze hat in der Regel etwa 10-30 Blätter.

Ein Federkielblatt enthält eine einzelne Ader und vier Luftkammern, die sich über die gesamte Blattlänge erstrecken. Es ist das Vorhandensein eines einadrigen Blattes, bekannt als ‘Mikrophyll’, das die Federkiele und andere Lycophyten von allen anderen Gefäßpflanzen unterscheidet. Untergetauchte Arten von Isoetes haben immergrüne Blätter, während Feuchtgebietsarten oft laubabwerfend sind und ihre Blätter während der nicht wachsenden Jahreszeiten verlieren.

Isoetes Pflanzen haben auch ungewöhnliche Stängel. Sie sind kurz und geschwollen und wachsen unter der Erde. Der einzigartige Stiel ist als ‘Knolle’ bekannt. Er enthält zwei oder drei Lappen, die der Knolle das Gesamtbild einer kleinen Zwiebel verleihen. Die äußeren Schichten der Knolle werden während des Wachstums der Pflanze abgestoßen.

Die Wurzeln von Isoetes Pflanzen wachsen in Gruppen, alle direkt von der Basis der Knolle. Wurzeln haben auch eine einzelne Vene und sind von einer einzigen Luftkammer umgeben.


Hydrolagus colliei

Gefleckte Rattenfische. Foto © George Burgess

Diese glatte, schuppenlose Chimäre kann bis zu 24 Zoll lang werden, von denen ein Großteil der lange Schwanz ist. Es ist nach seiner braun-grau schillernden Farbe benannt, die mit Weiß gesprenkelt ist. Es hat ein kurzes, kaninchenähnliches Gesicht, große dreieckige Brustflossen und eine kurze Rückenflosse, die mit einer giftigen Wirbelsäule beginnt. Chimären haben sich vor fast 400 Millionen Jahren von ihren Cousins, den Haien, abgespalten und sind seither größtenteils Tiefseefische. Der Gefleckte Rattenfisch ist einer der wenigen, die nahe genug wandern, um beim Hochseefischen gefangen zu werden, und sollte mit Vorsicht behandelt werden.

Ordnung: Chimaeriformes Familie: Chimaeridae Gattung: Hydrolagus Spezies: Collie

Gebräuchliche Namen

Englischsprachige gebräuchliche Namen sind gefleckte Rattenfische, Kaiserfische, Chimären, Elefantenfische, Rattenfische, gefleckte Rattenfische und weißgefleckte Rattenfische. Andere gebräuchliche Namen sind Amerikanskiy gidrolag (russisch), chimaera elefante (italienisch), chimera amerykanska (polnisch), chimère (französisch), chimère d’Amérique (französisch), chimère tachetée (französisch), ginzame (japanisch), guumaa (Tsimshiana) , havrotte (dänisch), k’aa un (Haida), quimera (spanisch), quimera americana (spanisch), quimera manchada (spanisch), quimera-americana (portugiesisch), ratazana americana (portugiesisch), ratón (spanisch), rattenfisch (Deutsch), rattenvis (Niederländisch), Seeratte (Deutsch), skvrnitá morská krysa (Tschechisch), skwome (Salisch), vitfläckig havsmus (Schwedisch) und zeerat (Niederländisch).

Bedeutung für den Menschen

Gefleckte Rattenfische haben weiße Flecken, die zu einem schillernden silbrigen Glanz führen. Foto © Doug Perrine

Obwohl der Gefleckte Rattenfisch keine Zielart ist, wird er von kommerziellen Schleppnetzfischern und Freizeitfischern als Beifang gefangen. Es wird im Allgemeinen vermieden, da sich die Rückenwirbelsäule in Fischernetzen verheddert.

In seinem südlicheren Verbreitungsgebiet wird er aufgrund seines Vorkommens in Tiefen von mehr als (180 m) selten angelandet. Aufgrund seiner weiten Verbreitung und seines Tiefenbereichs wird angenommen, dass die Auswirkungen der Fischerei minimal sind. Der gefleckte Rattenfisch kann jedoch durch Küstenschleppnetzfischerei bedroht werden. Obwohl diese Art als “Müllfisch” gilt und nie von kommerziellem Interesse war, könnte sie in Zukunft ins Visier genommen werden, wenn andere wünschenswertere Arten dezimiert werden.

Gefahr für den Menschen

Obwohl er für den Menschen nicht als gefährlich angesehen wird, ist beim Umgang mit diesem Fisch Vorsicht geboten, da die dorsale giftige Wirbelsäule schmerzhafte Wunden verursachen kann. Auch beim Umgang mit männlichen Exemplaren ist wegen der scharfen Greiforgane Vorsicht geboten.

Erhaltung

Der gefleckte Rattenfisch wird derzeit von der World Conservation Union (IUCN) als “Least Concern” eingestuft. Die IUCN ist ein globaler Zusammenschluss von Staaten, Regierungsbehörden und Nichtregierungsorganisationen in einer Partnerschaft, die den Erhaltungszustand von Arten bewertet.

Derzeit werden keine Schutzmaßnahmen für die gefleckten Rattenfische ergriffen, jedoch verwenden Trawler in Oregon (USA) Fanggeräte, um Beifang zu vermeiden und den Druck auf die Rattenfischpopulationen zu verringern.

Geografische Verteilung

Weltverbreitungskarte für den gefleckten Rattenfisch

Der Gefleckte Rattenfisch kommt im östlichen Pazifischen Ozean von Cape Spencer, Alaska (USA) südlich bis Vizcaíno, Baja California (Mexiko) vor. Es ist am häufigsten zwischen British Columbia und Südkalifornien. Im nördlichen Teil des Golfs von Kalifornien wurde eine isolierte Population von gefleckten Rattenfischen dokumentiert.

Lebensraum

Die in gemäßigten Gewässern lebenden gefleckten Rattenfische leben in der Nähe des Bodens von der Gezeitenzone bis in Tiefen von 900 m. Es bevorzugt Schlamm- und felsige Bodenlebensräume und wird oft in Buchten und Klängen in den nördlichen Ausläufern seiner Verbreitung gefunden. Da sich das Verbreitungsgebiet nach Süden bewegt, wird der gefleckte Rattenfisch in zunehmend tieferen Gewässern gefunden und bevorzugt Wassertemperaturen von 45-48 ° F (7-9 ° C).

Biologie

Gefleckte Rattenfische. Foto © George Burgess

Unterscheidungsmerkmale
Dieser Rattenfisch, ein Mitglied der Familie der Chimaeridae, hat einen großen kaninchenartigen Kopf mit einer breiten Schnauze in Form eines Entenschnabels und großen grünen Augen. Der Körper verjüngt sich zum hinteren Ende des Fisches, der Schwanz macht fast die Hälfte der Gesamtlänge des gesamten Fisches aus. Auf der schuppenlosen Haut dieses Fisches befinden sich markante Seitenlinienkanäle.

An der Vorderkante der ersten Rückenflosse befindet sich ein markanter Giftstachel, der etwas höher ist als die Flosse selbst, während die zweite Rückenflosse ein wellenförmiges Profil hat, das ihr das Aussehen von zwei separaten Flossen verleiht. Die gut entwickelten Brustflossen sind dreieckig und haben fleischige Basen. Männliche gefleckte Rattenfische haben einen stacheligen, keulenförmigen Fortsatz am Kopf. Sie haben auch scharfe, sich zurückziehende Greiforgane vor den Beckenflossen und schlanke Greifer mit erweiterten Enden neben jeder Beckenflossenbasis.

Nahaufnahme des kaninchenartigen Kopfes des gefleckten Rattenfisches. Foto © George Burgess

Färbung
Der Körper des gefleckten Rattenfisches ist braun oder grau mit Gold-, Grün- und Blautönen. Auf dem Körper sind weiße Flecken verstreut, die dazu führen, dass der Fisch mit einem silbrigen Schimmer schillert. Die Bauchfläche dieses Fisches ist silbern und die Flossen sind grau.

Dentition
Der gefleckte Rattenfisch hat relativ wenige Zähne. Es gibt ein Zahnpaar im Unterkiefer und zwei Zahnpaare im Oberkiefer, die als mineralisierte Mahlplatten auftreten.

Dentikel
Die Haut der gefleckten Rattenfische ist glatt und ohne Schuppen.

Größe, Alter und Wachstum
Die maximale gemeldete Größe des gefleckten Rattenfisches beträgt 23,6 Zoll (60 cm) Gesamtlänge und 14,2 Zoll (36 cm) Körperlänge. Männchen werden bei einer Körperlänge von 7,3-7,9 Zoll (18,5-20,0 cm) und Weibchen bei einer Körperlänge von 9,4-9,8 Zoll (24-25 cm) ausgewachsen. Die Jungen messen bei der Geburt eine Gesamtlänge von 14 cm.

Essgewohnheiten
Rattenfische lokalisieren Beute hauptsächlich durch Elektrorezeption und Geruch. Als schwache Schwimmer suchen diese Fische Beute mit begrenzten Fluchtmöglichkeiten. Der gefleckte Rattenfisch schwimmt langsam in der Nähe des Bodensubstrats und sucht nach Muscheln, Krabben, Garnelen, Polychaetenwürmern und kleinen benthischen Fischen. Gefleckte Rattenfische sind auch dokumentierte Kannibalen, die sich von ihren eigenen Eierkästen sowie anderen freischwimmenden Rattenfischen ernähren.

Reproduktion
Gefleckte Rattenfische sind eierlegend, wobei das Laichen in den Frühlings- und Herbstmonaten stattfindet. Nach Balzritualen lässt das Weibchen über einen Zeitraum von mehreren Monaten alle 10-14 Tage eine löffelförmige Eihülle frei. Das Herauspressen der Eihülle aus dem Weibchen dauert 18-30 Stunden, danach hängt die Eihülle frei im Wasser und hängt vom Weibchen durch eine lange schlanke Verlängerung der Eihülle, die als elastisches Kapselfilament bezeichnet wird. Jede Eihülle wird schließlich durch die dünnen Ranken der Eihülle mit dem Meeresboden oder den Bodensedimenten verbunden. Die Inkubationszeit innerhalb der Eihülle beträgt ca. 12 Monate. Die Jungen schlüpfen mit einer Gesamtlänge von ungefähr 5,5 Zoll (14 cm) aus der Eihülle und wachsen in ihrem ersten Lebensjahr auf eine Gesamtlänge von ungefähr 11,8 Zoll (30 cm).

Topehaie gehören zu den bekannten Raubtieren des Topehais. Foto © Doug Perrine

Raubtiere
Zu den Raubtieren der gefleckten Rattenfische gehören Sechskiemenhaie, Siebenkiemenhaie, Topehaie, Dornhai, Riesenwolfsbarsch, Lingcod, Rockfish, Pazifischer Heilbutt und Meeressäuger.Parasiten
Trematoden sind häufige Parasiten der gefleckten Rattenfische. Rugogaster hydrolagi n. sp. wurde aus den rektalen Drüsen von gefleckten Rattenfischen gewonnen, die in der Nähe von San Juan Island, Washington, gesammelt wurden. Otodistomum hydrolagi n. sp. wurde aus dem Coelom von gefleckten Rattenfischen ebenfalls aus dem gleichen Gebiet gesammelt und Plectognathotrema hydrolagi n. sp. wurde aus dem Magen einer Probe entnommen, die vor der Küste von Newport, Oregon, gesammelt wurde.

Die Monogeneaner Chimaericola ogilbyi n. sp. und C. colliei n. sp wurden beide aus den Kiemen von gefleckten Rattenfischen vor der Küste von Vancouver Island gesammelt.

Taxonomie

Der gefleckte Rattenfisch wurde ursprünglich beschrieben als Chimäre Collie von Lay & Bennett im Jahr 1839. Dieser Name wurde später in den derzeit gültigen geändert Hydrolagus colliei (Lay &Amp Bennett 1839-). Der Gattungsname, Hydrolagus, leitet sich vom griechischen “hydr” für Wasser und “lagos” für Hase ab. Synonyme, die in der früheren wissenschaftlichen Literatur auftauchen, die sich auf diese Art beziehen, umfassen Chimäre Vernachlässigung Ogilby 1888, Chimäre Medien Garman 1911 und Hydrolagus-Medien Garman 1911.


Stachelwurz

Die Stachelwurz sind eine Klasse von rund 150 Pflanzenarten und fast alle Arten gehören zur Gattung Isoetes. Die Stachelwurz ist stark von Wasser abhängig und viele Arten leben vollständig unter Wasser, während andere in saisonal überfluteten Lebensräumen leben.

Quillworts sind kleine Kräuter mit langen schmalen Blättern, die normalerweise zwischen 5-20 cm lang sind. Ihre Stängel sind geschwollen und wachsen unter der Erde und ihre Wurzeln wachsen in Büscheln von der Basis des Stängels.

Auf der ganzen Welt verbreitet und seit mehr als 200 Millionen Jahren überdauert, sind viele Arten der Stachelwurz derzeit durch den Verlust ihres Lebensraums gefährdet.


Studierende, die ab Herbst 2006 an der Simon Fraser University zugelassen werden, müssen im Rahmen ihres Studiengangs schriftliche, quantitative und umfassende Anforderungen erfüllen. Informationen zu universitätsweiten Informationen finden Sie unter Anforderungen für Schreiben, Quantität und Breite.

WQB-Abschlussanforderungen

Eine Note von C- oder besser ist erforderlich, um W-, Q- oder B-Punkte zu erhalten

Zusätzliche Breite 6 Einheiten außerhalb des Hauptfachs des Studierenden (können B-bezeichnete Kurse sein oder nicht und werden wahrscheinlich dazu beitragen, die Anforderungen des einzelnen Studiengangs zu erfüllen)


Biologie und Verhalten

Verwenden Sie diese Kurzanleitung, um die Grundlagen der Biologie und des Verhaltens von Wölfen zu erlernen.

Kommunikation

Reproduktion

Normalerweise brütet nur das dominante Paar, aber in Gebieten mit einem hohen Anteil an Beute pro Wolf, wie zum Beispiel im Yellowstone-Nationalpark, kann es mehrere Würfe pro Rudel geben. Im westlichen Gebiet der Great Lakes brüten Wölfe von Februar bis März und nach einer Tragzeit von 63 Tagen werden Ende April oder Anfang Mai vier bis sechs Welpen geboren. Je höher jedoch der Breitengrad, desto später die Brut. Zum Beispiel brüten Wölfe im Norden Kanadas, die auf einem Breitengrad von 71 Grad leben, von Ende März bis April.

Welpenentwicklung

Überleben der Welpen

Das Überleben der Welpen hängt direkt mit der Verfügbarkeit der Beute zusammen. Die Beuteverfügbarkeit ist im Allgemeinen höher in Gebieten, die neu von Wölfen besiedelt werden, in denen Wölfe kürzlich wieder angesiedelt wurden oder in denen erwachsene Wölfe geerntet werden.

Überleben und Langlebigkeit von Erwachsenen

Das Gesamtüberleben von Jährlingen und erwachsenen Wölfen im westlichen Gebiet der Großen Seen liegt nachweislich zwischen 60 und 80 %. Es ist bekannt, dass Grauwölfe bis zu 13 Jahre in freier Wildbahn und 16 Jahre in Gefangenschaft leben. Die Durchschnittswerte variieren jedoch je nach geografischem Standort.

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Packungs- und Gebietsgröße

Die Anzahl der Individuen pro Rudel kann sehr variabel sein, beträgt aber im Winter im westlichen Gebiet der Great Lakes durchschnittlich vier bis acht, mit Rekorden von bis zu 16. Die Rudelgröße kann in Teilen Kanadas und Alaskas bis zu 30 oder mehr betragen. Ein Wolfsrudel durchstreift und verteidigt ein Territorium zwischen 25 und 100 Meilen im westlichen Gebiet der Great Lakes. Territorien können Hunderte von Quadratmeilen erreichen, in denen die Beutedichte gering ist, wie im Nordwesten Kanadas.

Verbreitung und Fähigkeit, neue Gebiete zu besiedeln

Die Verbreitung ist der wichtigste Weg, mit dem Wölfe neue Gebiete besiedeln und die genetische Vielfalt erhalten. Wolves have been known to disperse up to 550 miles, but more commonly disperse 50 – 100 miles from their natal pack. Generally wolves disperse when 1 – 2 years old as they reach sexual maturity although some adults disperse also. At any one time 5 – 20 percent of the wolf population may be dispersing individuals. Usually a wolf disperses to find an individual of the opposite sex, find a territory, and start a new pack. Some dispersers join packs that are already formed.

Habitat Requirements

Wolves can occur wherever there is a sufficient number of large ungulates such as deer, moose, elk, caribou, bison, and musk ox. Wolves were once considered a wilderness animal, however if human-caused mortality is kept below certain levels, wolves can live in most areas. Historically, they once occupied every habitat that had sufficient prey in North America from mid Mexico to the polar ice pack.

Food Requirements

Wolves can survive on 2.5 pounds of food per day, but require about five to seven pounds per day to reproduce successfully. Wolves are estimated to eat 10 pounds of food per day on average. Wolves don’t actually eat every day, however as they live a feast or famine lifestyle. They may go several days without a meal and them gorge on over 20 pounds of meat when a kill is made. Wolves primarily feed on prey animals larger than themselves as this provides food for many individuals. However, wolves will prey upon smaller mammals such as beaver and hare. Because wolves as a species inhabit a much wider area than its prey species, different populations of wolves prey upon different animals. Wolves located in the Western Great Lakes region typically prey upon whitetail deer whereas wolves in central Canada prey primarily on caribou.

Hunting and Feeding Behavior

Impacts on Prey

Wolf kill rates vary in relation to winter severity. Young, old, and sick prey animals are often nutritionally stressed and have difficulty traveling in deep snow. Wolf kill rates are highest during severe winters and the following spring. Sometimes wolf predation can keep prey populations at low levels for extended periods, but habitat alterations like forest cutting or fire, improved weather conditions, and human management practices allow prey populations to quickly recover.

One example of the predator-prey dynamic is that the reductions in ungulate herds caused by wolves increases habitat quality and helps rid the herd of genetically unfit and diseased individuals. This results in long term maintenance of a healthier ungulate herd. For example, deer and wolves have evolved together and wolf predation has played a crucial role in making the deer what it is today.

Population Cycles

Wolf density often changes with the density of their primary prey. For example, in the northern Great Lakes region, the severe winters of 1995-96 and 1996-97 resulted in substantial numbers of deer being stressed and many starved or were killed by wolves. This provided a readily available food supply to wolves and increased their survival.

However, wolf numbers usually decline a year or two following the decline of primary prey. In addition to other factors, the mild winters since 1997 have been favorable to deer populations by increasing the winter survival of deer and in turn increasing the number of fawns being born.

Potential for Population Change

With abundant food and low human-caused mortality, wolves have a high capacity for population growth. In fact, in the right conditions, wolf populations can double in two to three years. From 1997 to 2000 the wolf population in the Northern Rocky states doubled from 200 to 400. Wolf populations can decline, however, if human-caused mortality is consistently greater than 28-50% of the fall wolf population.


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