Systematik (Biologie)

Gegenstand und Aufgabe

Die Systematik der Lebewesen ist ein Fachgebiet der Biologie. Sie ordnet die Vielfalt der Organismen, benennt und identifiziert sie. Die klassische Systematik umfasst dabei drei Aufgaben: die Erstellung einer systematischen Einteilung (Taxonomie), die eindeutige Benennung (Nomenklatur) und die Bestimmung von Lebewesen. Das moderne System richtet sich vor allem nach der Rekonstruktion der Stammesgeschichte (Phylogenese) und nach den Prozessen, die zur Vielfalt der Organismen führen. Deshalb wird es auch als natürliche Systematik bezeichnet.

Ein System besteht aus hierarchisch geordneten Einheiten, den Taxa. Wichtige Rangstufen sind Reich, Stamm, Klasse, Ordnung, Familie, Gattung und Art. Je nach Organismengruppe werden zusätzliche Zwischenränge wie Unterstamm, Unterklasse oder Überfamilie verwendet. Nicht für alle Arten und Gruppen ist dieselbe Feineinteilung erforderlich.

Klassifikationsansätze und zentrale Begriffe

Die klassische evolutionäre Klassifikation nach Ernst Mayr beruht auf dem biologischen Artenkonzept. Bei der Einordnung werden sowohl das Ausmaß der evolutionären Unterschiede (Divergenz) als auch die Reihenfolge der Verzweigungen berücksichtigt.

Die numerische Taxonomie oder Phänetik verzichtet auf phylogenetische Annahmen. Arten werden ausschließlich anhand messbarer Unterschiede und Ähnlichkeiten anatomischer Merkmale eingeordnet. Ursprüngliche und abgeleitete Merkmale werden dabei nicht unterschieden. Die Phänetik wurde weitgehend durch die Kladistik abgelöst. Einige Biologen verwenden jedoch weiterhin phänetische Verfahren wie Neighbour-Joining-Algorithmen, wenn kladistische Berechnungen zu aufwendig sind.

Die Kladistik ist eine konsequent phylogenetische Systematik nach Willi Hennig. Taxa sollen ausschließlich geschlossene Abstammungsgemeinschaften bilden, also Monophyla. Ein Monophylum besteht aus einer Stammart und allen ihren Nachkommen. Die kleinste Einheit der phylogenetischen Systematik ist das Taxon Art. Der typologische Artbegriff, der Arten anhand eines idealisierten Typus und meist morphologischer Merkmale abgrenzt, wird als unzureichend abgelehnt.

Im phylogenetischen Artkonzept werden Arten durch gemeinsame evolutionäre Merkmale unterschieden. Eine Synapomorphie ist ein Merkmal, das den direkt aus einer Stammart entstandenen Arten gemeinsam ist. Eine Autapomorphie ist eine evolutionäre Neuheit, die ein Taxon gegenüber anderen Taxa abgrenzt. Eine Plesiomorphie ist ein Merkmal, das bereits in einer früheren Stammart der gemeinsamen Stammlinie entstanden ist und auch bei anderen Taxa vorkommt. Durch Speziation, also Artaufbildung, entsteht aus einer Art eine Verzweigung in zwei neue Arten. Das natürliche System wird als dichotomes Kladogramm dargestellt.

Bei der Taxonomie aufgrund von DNA-Basensequenzen werden Unterschiede zwischen Arten durch den Vergleich ihrer DNA ermittelt, beispielsweise beim DNA-Barcoding. Ob eine rein genetische Bearbeitung der Artenvielfalt erfolgreich sein kann, ist umstritten. Artkonzepte sind empirisch begründete Konstrukte und nicht universell anwendbar. Eine einheitliche genetische Methode dürfte vermutlich nicht für alle Taxa funktionieren; auch ein rein genetisches Artkonzept mit absolut messbaren genetischen Unterschieden ist fraglich.

Typische Einordnungen und Beispiele

Der Mensch wird in einer hierarchischen Klassifikation unter anderem als vielzelliges Tier, Gewebetier, Zweiseitentier, Chordatier, Wirbeltier, Säugetier, Primat, Menschenaffe, Hominine und schließlich als Homo sapiens eingeordnet. Dabei werden je nach Rang zusätzliche Gruppen verwendet, etwa Neumünder, Landwirbeltiere, Trockennasenaffen und Hominini.

Ein Beispiel für die Grenzen der klassischen Klassifikation sind Reptilien und Vögel. Krokodile und Vögel haben einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren als Krokodile und die übrigen Reptilien. Der Erwerb des Vogelfluges gilt jedoch als bedeutende Neuerung, die zu einer adaptiven Radiation führte. Deshalb wurden Vögel als eigene Klasse Aves eingeordnet, während Krokodile als Ordnung Crocodylia in der Klasse Reptilia verblieben. Die Reptilia sind dadurch ein paraphyletisches Taxon, das nicht alle Nachkommen seines gemeinsamen Vorfahren umfasst.

Geschichte und Übergang zur natürlichen Systematik

Aristoteles ordnete Lebewesen in einer Scala Naturae nach dem Grad ihrer vermeintlichen „Perfektion“, von primitiven zu höher entwickelten Formen. In der Antike dienten unter anderem Wuchsform oder Lebensweise als Einteilungskriterien.

Carl von Linné verwendete in Species Plantarum (ab 1753) und Systema Naturæ (ab 1758) die binäre Nomenklatur. Sie dient der eindeutigen Benennung von Arten unabhängig von ihrer Beschreibung. Bei Pflanzen teilte Linné die Organismen anhand des Blütenaufbaus in 24 Klassen ein, vor allem nach Anzahl und Gestalt der Staubblätter. Dieses System wurde nach 1850 nicht mehr verwendet, weil es kein natürliches System darstellte. Die tieferen Ränge Art und Gattung besitzen jedoch teilweise bis heute Gültigkeit. Bei Tieren beruhte Linnés System stärker auf einer typologischen Definition der Art und blieb bei höheren Taxa teilweise künstlich, da Linné von der Unveränderlichkeit der Arten ausging.

Mit der Evolutionstheorie begann der Umbau zu einem System, das Abstammungsverhältnisse besser widerspiegelt. Neben der Homologisierung von Organen werden morphologische, anatomische, biochemische, physiologische, cytologische und ethologische Merkmale untersucht. Seit den 1970er Jahren nutzt man auch Proteinvergleiche; besonders wichtig ist die genetische Ähnlichkeit, die Verwandtschaft direkt am Erbgut erkennen lassen soll. 2022 schlugen Forscher der IUCN eine Nomenklatur von Ökosystemen nach funktionalen Merkmalen vor. Dieser Vorschlag wird als mögliche Ablösung der auf Linné beruhenden Taxonomie diskutiert.