Création de clés de détermination

Quelle forme de clé faut-il créer?

En botanique de terrain, les clés de détermination sont un outil important pour l'identification de différents taxons tels que famille de plantes, genre, espèce, sous-espèce. Dans les examens de certificat, il peut être exigé qu'une clé de détermination soit établie pour un nombre donné de taxons. Si rien d'autre n'est précisé, la clé peut être représentée graphiquement ou sous forme de ligne, artificielle ou naturelle. Les différentes formes de clés sont présentées ci-dessous. Il est conseillé de connaître les différentes techniques de clés, car dans l'exercice d'examen, des conditions relatives à la forme de la clé sont souvent demandées.

Les clés botaniques sont presque toujours des clés dichotomiques

Habituellement, une clé de détermination contient une séquence de questions (ou d'énumération de caractères) et de contre-questions (ou d'énumération de caractères opposés). La procédure de la technique des clés utilisée en botanique est expliquée le plus simplement possible par un exemple simple (fig. 1 et suivantes)

Fig. 1 : Quatre plantes fictives, dont la détermination est illustrée par différents exemples clés dans le texte.

Pour identifier une plante du groupe A-D, la question posée dans notre exemple est celle de la couleur de la fleur. Dans le cas des clés botaniques, on ne demande pas: "quelle est la couleur de la fleur ?", mais les couleurs possibles de la fleur sont demandées l'une après l'autre, de sorte que la réponse est toujours oui ou non : "La couleur de la fleur est bleue" (oui/non), La couleur de la fleur est rouge (oui/non), La couleur de la fleur est jaune (oui/non), etc. La technique de questionnement rappelle ainsi un organigramme et peut également être représentée de cette manière :

Fig. 2 : Détermination des plantes de la fig. 1 dans un ordinogramme linéaire.

La forme de question qui peut être représentée sous forme d'ordinogramme est également appelée dichotomique, car les questions sont toujours formulées de manière à ce que l'on puisse y répondre par oui ou par non, c'est-à-dire qu'elles se divisent en quelque sorte en deux branches (dichotomie). Nous retenons que les clés de détermination botaniques sont conçues de manière à pouvoir être représentées sous forme d'organigramme et sont donc également appelées clés de détermination dichotomiques. Dans les clés de détermination dichotomiques représentées graphiquement, le point d'interrogation et le cadre de la boîte sont généralement supprimés et la ramification dichotomique est représentée par des branches qui se ramifient :

Abb. 3: Bestimmung der Pflanzen aus Abb. 1 in als einfacher (linearer) dichotomer Verzweigungsbaum.

Gute Bestimmungsschlüssel haben kurze Bestimmungswege

Diese Form des Bestimmungsschlüssel hat den Nachteil, dass für die Arten C und D ein relativ langer Bestimmungsweg nötig ist. Bei nur vier verschiedenen Arten fällt das noch nicht sehr ins Gewicht, aber bei grösseren Artenzahlen führt dieser Ansatz zu schlechten Bestimmungsschlüsseln. Guten Bestimmungsschlüsseln zeichnen sich dadurch aus, dass möglichst viele Arten kurze Bestimmungswege haben. Um dies zu erreichen, sollte man daher stets versuchen, die zu vergleichenden Arten bei jedem Bestimmungsschritt in zwei Gruppen aufzuteilen, die im Idealfall etwa gleich gross sind. In unserem Beispiel können wir die vier Arten A-D anhand der Blattstellung in zwei Gruppen aufteilen und wir erhalten die folgende Darstellung:

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Abb. 4: Bestimmung der Pflanzen aus Abb. 1 in als gruppierter dichotomer Verzweigungsbaum.

In diesem Bestimmungsschlüssel haben nun alle Arten einen relativ kurzen Bestimmungsweg und er kann als guter Bestimmungsschlüssel bezeichnet werden.

Bestimmungsschlüssel sind normalerweise in Zeilenform

Grafische Bestimmungsschlüssel sind rasch erstellt und einprägsam. Ihr Nachteil: sie brauchen viel Platz und sind typografisch kompliziert. In den meisten Florenwerken werden daher Bestimmungsschlüssel verwendet, die sich in Textzeilen darstellen lassen. Bei einer häufig angewendeten, eleganten Darstellung wird die Dichotomie durch Einrücken der Zeilen nachempfunden:

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Jede Dichotomie (Frage und Gegenfrage) erhält eine Nummer und wird auf der gleichen Gliederungsebene dargestellt. Der Nachteil bei dieser Darstellungsform besteht darin, dass bei grossen Artengruppen der Text immer mehr eingerückt werden muss und so am Ende für eine Zeile immer weniger Platz zur Verfügung steht. Eine Lösung dieses Problems ergibt sich aus folgender Darstellung:

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Bei dieser Schlüsselform ist zwar die Dichotomie kaum mehr erkennbar, aber es hat auch Vorteile, wenn Frage und Gegenfrage stets direkt aufeinanderfolgen und die positiven und negativen (ausschliessenden) Merkmale direkt aufeinanderfolgen. Oft wird dann sogar, der Einfachheit halber, die Nummer der Gegenfrage weggelassen. Die Nummern sind dann leichter auffindbar.

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Auch der eher ungünstig aufgebaute Verzweigungsbaum aus Abb. 3 kann als Zeilentext dargestellt werden:

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Seltener gibt es auch polytome Bestimmungsschlüssel

An den Zertifikatsprüfungen werden im allgemeinen dichotome Bestimmungsschlüssel erwartet. Rein theoretisch können die Bestimmungsschlüssel bei bestimmten Fragen aber auch mehr als zwei Alternativen anbieten. In solchen Fällen spricht man von polytomen Schlüsseln. In unserem Beispiel könnte der polytome Bestimmungsschlüssel wie folgt aussehen:

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Abb. 5: Bestimmung der Pflanzen aus Abb. 1 in einem polytomen Verzweigungsbaum.

In den verbreiteten Florenwerken werden polytome Schlüsselschritte nicht oder nur in Ausnahmefällen verwendet. Bevor in einer Prüfung ein polytomer Bestimmungsschlüssel als Lösung angeboten wird, empfiehlt es sich, in der Fragestellung genau zu prüfen, ob dies erlaubt ist.

Natürliche und künstliche Bestimmungsschlüssel

Wenn in einem Bestimmungsschlüssel die Fragen zunächst zur Bestimmung der verschiedenen Familien führen und dann über die Gattung und Art schliesslich zur Unterart, dann wird die natürliche Verwandtschaft der Arten im Bestimmungsschlüssel abgebildet. Verwandte Taxa liegen damit nahe beieinander. Solche Schlüssel, die sich an der Pflanzensystematik orientieren, werden natürliche Bestimmungsschlüssel genannt. Ihnen gegenüber stehen künstliche Bestimmungsschlüssel, die eher den einfachsten Bestimmungsweg nachzeichnen, ohne dabei die systematischen Verwandtschaftsverhältnisse zu respektieren. Bei künstlichen Schlüsseln dürfen Arten aufeinanderfolgen, die verwandtschaftlich weit voneinander entfernt sind, aber zufällig ein gemeinsames Merkmal haben (z.B. gleiche Blütenfarbe). Viele populärwissenschaftliche Bestimmungsbücher teilen die Flora nach Blütenfarbe ein, ohne dass nach der Familienzugehörigkeit der Arten sondiert wird. Dies ist ein typischer künstlicher Bestimmungsschritt. Er scheint für die Anwendung relativ einfach, funktioniert aber nur bei einer übersichtlichen Menge von Arten und respektiert keine Verwandtschaftsverhältnisse.

Abb. 6: Je zwei stilisierte Pflanzenarten aus der Familie der Rosaceae (A und C) und der Fabaceae (B und D).

Der Unterschied kann in einem stark vereinfachten Beispiel für die Pflanzen aus Abbildung 6 veranschaulicht werden:

Künstlicher Schlüssel: Aufeinanderfolgende Arten sind nicht miteinander verwandt:

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Natürlicher Schlüssel: Verwandte Arten kommen im Schlüssel direkt nacheinander zu liegen:

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Bei der Formulierung der Prüfungsaufgabe der Zertifikatsprüfung muss darauf geachtet werden, ob und in welcher Form die Verwandtschaftsverhältnisse im zu erstellenden Schlüssel nachgezeichnet werden sollen. Manchmal darf ein vollständig künstlicher Schlüssel erstellt werden, oft aber wird verlangt, dass nahe verwandte Arten im Schlüssel direkt aufeinander folgen.

Schlüsselerstellung mit Merkmalstabellen

Um einen Schlüssel herzustellen, kann es sehr hilfreich sein, sich zunächst eine einfache Merkmalstabelle die wichtigen Merkmale (Variablen) und deren Ausprägungen (Werte) zu notieren. Daraus lässt sich dann u.a. ableiten welche Merkmale zwei oder allenfalls mehr als zwei Ausprägungen haben. Hier ein Beispiel mit unseren Arten A-D aus Abb.1 mit den Merkmalen Blütenfarbe, Blattstellung, Blattform usw.

Art	Blütenfarbe	Blattstellung	Blattform	...
A	blau	wechselständig	eiförmig	...
B	rot	grundständig	spatelig	...
C	gelb	gegenständig	linealisch	...
D	weiss	gegenständig	eiförmig	...

In der Tabelle wird erkennbar, dass hier das Merkmal Blattstellung für die Schlüsselkonstruktion geeignet ist.

Aufgabestellungen aus bisherigen Prüfungen

Aufgabe aus einer Iris-Prüfung: Erstellen Sie einen dichotomen Bestimmungsschlüssel zur Unterscheidung der Gattungen Artemisia, Carduus, Cirsium, Crepis und Hieracium anhand morphologischer Unterscheidungsmerkmale.

Mögliche Lösung (es gibt verschiedene Lösungen):

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Relativ leichte Aufgabe aus einer Dryas-Prüfung: Erstellen Sie einen dichotomen Bestimmungsschlüssel (so kompakt wie möglich) mit feldtauglichen Merkmalen für die folgenden Arten: Aster alpinus, Campanula trachelium, Carduus defloratus, Centaurea cyanus, Fagus sylvatica, Quercus robur, Saxifraga aizoides, Saxifraga rotundifolia, Sedum acre, Sempervivum arachnoideum. Wichtig: Der Schlüssel muss nicht notwendigerweise Familien- und Gattungsmerkmale enthalten. Allerdings sollte er die phylogenetischen Verwandtschaften widerspiegeln, d.h. eng verwandte Arten sollten im Schlüssel nahe beieinander liegen.

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Etwas anspruchsvollere Aufgabe aus einer Dryas-Prüfung: Erstellen Sie einen feldtauglichen, dichotomen und möglichst kurzen Bestimmungsschlüssel für die folgenden Arten: Arrhenatherum elatius, Carex nigra, Frangula alnus, Holcus lanatus, Juncus effusus, Juncus inflexus, Luzula pilosa, Nardus stricta, Rhamnus cathartica und Schoenus nigricans. Wichtig: der Schlüssel darf «künstlich» sein, d.h. er muss nicht zwingend Familien- und Gattungsmerkmale enthalten. Er sollte jedoch die Verwandtschaft abbilden, d.h. nahe verwandte Arten sollten im Schlüssel nahe beieinander bleiben - und er muss für diese 10 Arten funktionieren! Mögliche Lösung (es gibt verschiedene Lösungen):

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Anspruchsvolle Aufgabe aus einer Dryas-Prüfung: Erstellen Sie einen feldtauglichen, dichotomen und möglichst kurzen Bestimmungsschlüssel für die folgenden Arten: Knautia arvensis, Tragopogon pratensis, Eupatorium cannabinum, Crepis aurea, Taraxacum officinale aggr., Leontodon helveticus, Hieracium pilosella, Crepis biennis, Sonchus oleraceus, Cichorium intybus Wichtig: Arten aus der gleichen Gattung sollten im Schlüssel nahe beieinanderbleiben. Mögliche Lösung (es gibt verschiedene Lösungen):

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