Molekulare Biogeographie

Die molekularbiologischen Möglichkeiten der Genanalyse verändern die Biogeographie tiefgreifend und erfordern ein Überdenken der bisherigen Erkenntnisse. Der vorliegende Titel führt in die Grundlagen der neuen Methoden ein und erläutert anhand zahlreicher Beispiele biogeographische Prinzipien und Verbreitungsmuster auf allen Kontinenten.

Autorentext
Prof. Dr. Thomas Schmitt ist Direktor des Deutschen Entomologischen Instituts Müncheberg der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN) und lehrt am Institut für Biologie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg.

Klappentext
Verbreitungsgebiete von Tier- und Pflanzenarten sind hochgradig dynamisch, denn Organismen passen sich permanent den jeweiligen Umweltbedingungen an. Das Verständnis dieser Dynamik ist deshalb von elementarer Bedeutung in diversen biowissenschaftlichen Forschungsfeldern, wie Evolutionslehre, Ökologie und Naturschutzbiologie. Diese Prozesse zu verstehen, ist deshalb seit Langem ein zentraler Forschungsgegenstand der Biogeographie. Die Einbeziehung molekularer Methoden und die anschließende rasante Entwicklung der Phylogeographie führten zu einem deutlich vertieften Verständnis, denn die aktuelle Verbreitung genetischer Information erlaubt die räumliche und zeitliche Rekonstruktion von Verbreitungsmustern mit hoher Präzision. Mittlerweile gibt es über fast alle Regionen der Erde gute molekular-biogeographische Arbeiten, die den hier vorgestellten umfassenden Überblick über die weltweiten biogeographischen Muster erlauben.

Inhalt
Vorwort 11 1 Geschichte und Grundlagen der klassischen Biogeographie 15 1.1 Bioreiche und Faunenregionen 15 1.2 Ausbreitungszentren und Faunenelemente 17 2 Warum molekulare Biogeographie? 25 2.1 Selektion bei molekularen Markern 25 2.2 Die Masse macht's: Vorzüge molekularer Marker für die Analyse einzelner Arten 26 2.3 Genealogien von molekularen Markern 27 2.4 Die Entstehung der Phylogeographie 27 3 Techniken der molekularen Biogeographie 29 3.1 Genetische Markersysteme 29 3.1.1 Allozyme 29 3.1.2 Mikrosatelliten 30 3.1.3 mtDNA Sequenzierung 31 3.1.4 Sequenzierung nukleärer DANN 32 3.1.5 DNA-Fingerprinting-Techniken: RAPDs, AFLPs und verwandte Marker 33 3.1.6 Single Nucleotid Polymorphisms (SNPs) 35 3.2 Statistische Methoden der Auswertung molekularer Datensätze 35 3.2.1 Genetische Diversitäten und genetische Distanzen 35 3.2.2 F-Statistik 37 3.2.3 Haplotypennetzwerke 40 3.2.4 Mismatch Distributions und Tajima's D 42 3.2.5 Clusteranalysen 43 3.2.6 STRUCTURE, BAPS und GENELAND 45 3.2.7 Molekulare Uhren 45 4 Ausbreitung: Prozesse und Muster 49 5 Westliche Paläarktis 55 5.1 Mediterrane Arten 55 5.1.1 Die mediterranen Refugialräume 55 5.1.2 Postglaziale Arealexpansionen aus mediterranen Refugialräumen: Die vier Paradigmen 79 5.1.3 Ausbildung von Kontaktzonen in Europa 81 5.1.4 Die makrogenetische Struktur Europas für Arten mit mediterranen Ausbreitungszentren 84 5.1.5 Zusammenfassung mediterrane Arten 84 5.2 Kontinentale Arten 85 5.2.1 Extramediterrane Arealkerne und ihre Arealdynamiken 86 5.2.2 Kombination extramediterraner und mediterraner Arealkerne 98 5.2.3 Was macht extramediterrane Glazialrefugien so wichtig und so besonders? 105 5.2.4 Zusammenfassung kontinentale Arten 107 5.3 Gebirgsarten und Arten des Hohen Nordens 108 5.3.1 Genetische Strukturen innerhalb von Gebirgen 109 5.3.2 Biogeographische Verbindungen zwischen Gebirgssystemen 123 5.3.3 Arkto-alpine Arten 131 5.3.4 Boreo-montane und montan disjunkte Arten 136 5.3.5 Oro-mediterrane Arten 143 5.3.6 Zusammenfassung Gebirgsarten und Arten des Hohen Nordens 144 5.4 Arten der großen Fließgewässer Europas 145 5.4.1 Phylogeographie europäischer Fischarten 145 5.4.2 Zusammenfassung Arten der großen Fließgewässer 157 5.5 Zusammenfassung westliche Paläarktis 157 6 Eurasien 159 6.1 Der Taigagürtel Eurasiens 159 6.2 Biogeographische Verbindungen zwischen Ostasien und Nordamerika 169 6.3 Phylogeographie Ostasiens 172 6.3.1 Ost- und Südchina 172 6.3.2 Tibet und die hohen Plateaus 180 6.3.3 Der trockene Westen Chinas 183 6.3.4 Japan 185 6.3.5 Taiwan 188 6.4 Phylogeographie Südostasiens 190 6.4.1 Indien 195 6.4.2 Indochina 198 6.4.3 Sundaland 200 6.4.4 Philippinen 206 6.4.5 Wallacea 214 6.5 Zusammenfassung Eurasien 217 7 Nordamerika 221 7.1 Der Südosten Nordamerikas 221 7.1.1 Beispiel Rattenschlange 222 7.1.2 Beispiel Klappschildkröte 224 7.1.3 Biogeographische Paradigmen im südöstlichen Nordamerika 225 7.1.4 Refugien weiter nördlich in den östlichen USA 229 7.1.5 Biogeographie der Küstenbewohner des südöstlichen Nordamerikas 229 7.1.6 Mikrorefugien in den südöstlichen USA 232 7.2 Der Westen Nordamerikas 236 7.2.1 Von Norden und Süden: Die Bedeutung des Beringischen Refugiums für an Kälte angepasste Arten 236 7.2.2 Differenzierung in Beringien 238 7.2.3 Some like it cool: Kryptische Refugien im Nordwesten Nordamerikas 240 7.2.4 Refugien-in-Refugien: der Nordwesten der USA 244 7.2.5 Postglaziale Kolonisationsrouten im pazifischen Nordwesten Nordamerikas 248 7.2.6 Phylogeographische Ringe um das zentrale Tal Kaliforniens 249 7.2.7 Südliche Regression, nördliche Expansion: Rückzugsgebiete im Südwesten Nordamerikas 253 7.2.8 Die Wüsten Nordamerikas 257 7.2.9 Phylogeographischer Ring um das Große Becken: die Ponderosa-Kiefer 262 7.3 Zusammenfassung Nordamerika 265 8 Subsahara-Afrika 267 8.1 Savannen Afrikas 268 8.1.1 Fallbeispiele von Huftieren der afrikanischen Savannen 268 8.1.2 Repetitive phylogeographische Muster in den afrikanischen Savannen 272 8.2 Regenwälder Afrikas 275 8.2.1 Der Dahomé Gap 276 8.2.2 Die westafrikanischen Regenwaldgebiete 279 8.2.3 Das Kongobecken 279 8.3 Weit verbreitete Taxa Subsahara-Afrikas 287 8.4 Out of Africa 291 8.5 Gebirge Subsahara-Afrikas 293 8.6 Kapensis 299 8.7 Madagaskar 300 8.7.1 Die Herkunft der Arten Madagaskars 302 8.7.2 Artentstehung auf Madagaskar und phylogeographische Muster 307 8.8 Zusammenfassung Subsahara-Afrika 314 9 Süd- und Mittelamerika 317 9.1 Besiedlung Südamerikas 320 9.2 Regenwälder Süd- und Mittelamerikas 322 9.2.1 Amazonien 323 9.2.2 Mata Atlântica 330 9.2.3 Verbindungen zwischen Amazonien und Mata Atlântica 333 9.2.4 Wälder Mittelamerikas und der Karibik 336 9.3 Von der Caatinga zum Chaco: Die Savannen und Trockenwälder Südamerikas 341 9.4 Der Süden Südamerikas 345 9.4.1 Chile 345 9.4.2 Steppen Südargentiniens 355 9.4.3 Komplexe Muster im temperaten Teil Südamerikas 357 9.5 Zusammenfassung Süd- und Mittelamerika 361 10 Australien und Neuseeland 363 10.1 Die Regenwälder Nordost-Australiens 364 10.2 Der Waldgürtel Ostaustraliens 368 10.3 Der Süden Australiens 373 10.4 Der Norden Australiens 379 10.5 Tasmanien, erst seit dem Ende des letzten Glazials wieder eine Insel 381 10.6 Ein Kontinent im Kleinen: Die Phylogeographie Neuseelands 382 10.7 Zusammenfassung Australien und Neuseeland 391 11 Molekulare Inselbiogeographie 393 11.1 Besiedlung von Inselgruppen 394 11.2 Adaptive Radiationen auf Inseln 397 11.3 Die Bedeutung der Mobilität 399 11.4 Das Entstehen von Inselketten 402 11.5 Inselketten im Pazifik 404 11.6 Makaronesien 408 11.6.1 Artenarmut der Azoren und Kapverden gegenüber Artenreichtum der Kanaren 408 11.6.2 Die Kanaren 411 11.7 Zusammenfassung Inselbiogeographie 425 12 Molekulare Biogeographie im Naturschutz 427 13 Glossar 431 14 Literatur 437 15 Register 495