Biologie für Hauptfach II

Merkmale von Amnioten identifizieren

Amnioten sind eine Gruppe von tetrapoden Wirbeltieren, die die Reptilien, Vögel und Säugetiere umfassen. Amnioten zeichnen sich dadurch aus, dass sie ein Ei haben, das mit einem Amnion ausgestattet ist, einer Anpassung, um Eier an Land zu legen oder das befruchtete Ei innerhalb der Mutter zu halten.

Amnioten-Embryonen, ob als Eier gelegt oder vom Weibchen getragen, werden durch mehrere ausgedehnte Membranen geschützt und unterstützt. Bei eutherischen Säugetieren (wie dem Menschen) umfassen diese Membranen die Fruchtblase, die den Fötus umgibt. Diese embryonalen Membranen und das Fehlen eines Larvenstadiums unterscheiden Amnioten von tetrapoden Amphibien.

Amnioten

In der Vergangenheit, war die gängigste Einteilung der Amnioten in die Klassen Mammalia, Reptilia und Aves. Vögel stammen jedoch direkt von den Dinosauriern ab, so dass dieses klassische Schema zu Gruppen führt, die keine echten Kladen sind. Für die Zwecke dieser Diskussion werden wir die Vögel als eine von den Reptilien getrennte Gruppe betrachten, mit dem Verständnis, dass dies die phylogenetische Geschichte und die Beziehungen nicht vollständig widerspiegelt. Stattdessen stellt die moderne Phylogenetik Vögel und Reptilien zusammen in eine größere Klade, obwohl Vögel (nicht Reptilien) die wahren Nachfahren der Dinosaurier sind.

Die Amnioten – Reptilien, Vögel und Säugetiere – unterscheiden sich von den Amphibien durch ihr terrestrisch angepasstes Ei, das durch Amnionmembranen geschützt ist. Die Evolution der Amnionmembranen bedeutete, dass die Embryonen der Amnioten mit einer eigenen aquatischen Umgebung ausgestattet wurden, was zu einer geringeren Abhängigkeit vom Wasser für die Entwicklung führte und es den Amnioten somit ermöglichte, sich in trockenere Umgebungen zu begeben. Dies war eine bedeutende Entwicklung, die sie von den Amphibien unterschied, die aufgrund ihrer schalenlosen Eier auf feuchte Umgebungen beschränkt waren. Obwohl die Schalen der verschiedenen Amniotenarten sehr unterschiedlich sind, ermöglichen sie alle die Speicherung von Wasser. Die Schalen von Vogeleiern bestehen aus Kalziumkarbonat und sind hart, aber zerbrechlich. Die Schalen von Reptilieneiern sind lederartig und benötigen eine feuchte Umgebung. Die meisten Säugetiere legen keine Eier (mit Ausnahme der Monotremen). Stattdessen wächst der Embryo im Körper der Mutter heran; allerdings sind auch bei dieser inneren Reifung noch Amnionmembranen vorhanden.

Merkmale von Amnioten

Abbildung 1. Dargestellt sind die Hauptmerkmale eines amniotischen Eies.

Das amniotische Ei ist das Hauptmerkmal der Amnioten. Bei Amnioten, die Eier legen, bietet die Eischale Schutz für den sich entwickelnden Embryo und ist gleichzeitig durchlässig genug, um den Austausch von Kohlendioxid und Sauerstoff zu ermöglichen. Das Eiweiß versorgt den Embryo mit Wasser und Eiweiß, während das fettreichere Eigelb die Energieversorgung des Embryos übernimmt, wie es auch bei den Eiern vieler anderer Tiere, z. B. bei Amphibien, der Fall ist. Die Eier von Amnioten enthalten jedoch drei zusätzliche extraembryonale Membranen: das Chorion, das Amnion und die Allantois (Abbildung 1).

Extraembryonale Membranen sind Membranen, die in amniotischen Eiern vorhanden sind und nicht zum Körper des sich entwickelnden Embryos gehören. Während die innere Amnionmembran den Embryo selbst umgibt, umgibt das Chorion den Embryo und den Dottersack. Das Chorion ermöglicht den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid zwischen dem Embryo und der äußeren Umgebung der Eizelle. Das Amnion schützt den Embryo vor mechanischen Stößen und unterstützt die Hydratation. Die Allantois speichert die vom Embryo produzierten stickstoffhaltigen Abfälle und erleichtert auch die Atmung. Bei Säugetieren sind in der Plazenta Membranen vorhanden, die homolog zu den extraembryonalen Membranen im Ei sind.

Zusätzliche abgeleitete Merkmale von Amnioten sind die wasserdichte Haut aufgrund des Vorhandenseins von Lipiden und die rippenartige Belüftung der Lunge.

Evolution der Amnioten

Die ersten Amnioten entwickelten sich aus amphibischen Vorfahren vor etwa 340 Millionen Jahren während des Karbon. Die frühen Amnioten spalteten sich bald nach ihrer Entstehung in zwei Hauptlinien auf. Die erste Aufspaltung war in Synapsiden und Sauropsiden. Zu den Synapsiden gehören alle Säugetiere, einschließlich der ausgestorbenen Säugetierarten. Zu den Synapsiden gehören auch die Therapsiden, die säugetierähnliche Reptilien waren, aus denen sich die Säugetiere entwickelten. Die Sauropsiden umfassen Reptilien und Vögel und können weiter in Anapsiden und Diapsiden unterteilt werden. Die Hauptunterschiede zwischen den Synapsiden, Anapsiden und Diapsiden sind die Strukturen des Schädels und die Anzahl der Temporalfenestrae hinter jedem Auge (Abbildung 2).

Abbildung 2. Vergleichen Sie die Schädel und Schläfenöffnungen von Anapsiden, Synapsiden und Diapsiden. Anapsiden haben keine Öffnungen, Synapsiden haben eine Öffnung und Diapsiden haben zwei Öffnungen.

Temporale Fenestrae sind post-orbitale Öffnungen im Schädel, die es den Muskeln ermöglichen, sich zu erweitern und zu verlängern. Anapsiden haben keine Temporalfenestrae, Synapsiden haben eine und Diapsiden haben zwei. Zu den Anapsiden gehören ausgestorbene Organismen und möglicherweise, basierend auf der Anatomie, auch Schildkröten. Dies ist jedoch immer noch umstritten, und Schildkröten werden manchmal aufgrund molekularer Beweise als Diapsiden eingestuft. Zu den Diapsiden gehören Vögel und alle anderen lebenden und ausgestorbenen Reptilien.

Die Diapsiden teilten sich während des Mesozoikums in zwei Gruppen auf, die Archosauromorpha („alte Echsenform“) und die Lepidosauromorpha („Schuppenechsenform“) (Abbildung 3). Zu den Lepidosauriern gehören moderne Eidechsen, Schlangen und Tuataras. Zu den Archosauriern gehören moderne Krokodile und Alligatoren sowie die ausgestorbenen Pterosaurier („geflügelte Eidechsen“) und Dinosaurier („schreckliche Eidechsen“). Die Klade Dinosauria umfasst die Vögel, die sich aus einem Zweig der Dinosaurier entwickelt haben.

Abbildung 3. Diese Grafik zeigt die Evolution der Amnioten. Die Platzierung der Testudinen (Schildkröten) ist derzeit noch umstritten.

Prüfen Sie Ihr Verständnis

Beantworten Sie die folgende(n) Frage(n), um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen. Dieses kurze Quiz zählt nicht zu Ihrer Note in der Klasse, und Sie können es beliebig oft wiederholen.

Nutzen Sie dieses Quiz, um Ihr Verständnis zu überprüfen und zu entscheiden, ob Sie (1) den vorherigen Abschnitt weiter studieren oder (2) zum nächsten Abschnitt übergehen wollen.