Thema und Zielsetzung
Die meisten Wirbeltiere besitzen zellulären Knochen, in welchem Knochenzellen (Osteozyten) in höhlenartigen Lakunen eingeschlossen und über dendritische Zellfortsätze miteinander verbunden sind, die in einem hochkomplexen Netzwerk von Kanälchen (Kanalikuli) verlaufen. Aufgrund ihrer vielfältigen Aufgaben im Knochenstoffwechsel heutiger Wirbeltiere ist anzunehmen, dass die Muster der Verbreitung und Morphologie der Osteozyten neue Erkenntnisse zur Biologie fossiler Wirbeltiere ermöglichen, wie beispielsweise Stoffwechselrate, Knochenumbau und die örtlichen mechanischen Belastungen des Knochens. Die Resultate werden im Zusammenhang mit Körpergröße, individuellem Alter und Lebensraum (z.B. aquatisch oder terrestrisch) und vor dem Hintergrund bedeutender evolutionärer Umwandlungen betrachtet.
Methodik
Das Netzwerk der Knochenzellen wird durch die gesamte Wirbeltierevolution, von den ersten Wirbeltieren mit zellulärem Knochen bis zu den Säugetieren quantitativ und qualitativ untersucht, um eine Tiefenzeit-Perspektive der Osteozyten-Evolution zur erhalten. Fossiler Knochen wird mit Licht- und Rasterelektronenmikroskopie (REM) sowie Röntgentomographie am Synchrotron untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Dichte und Anordnung der Lakunen, ihrer Form und Größe, der Morphologie der Kanalikuli sowie der Art der Knochenmatrix, in welche das Netzwerk eingebettet ist. Die Ergebnisse der Fossiluntersuchungen werden mit Knochendünnschliffen rezenter Formen verglichen, von denen die Stoffwechselrate bekannt ist, sowie mit Daten moderner Knochenzellbiologie.
Foto oben: Dünnschliff eines Hautknochens mit Knochenzell-Lakunen und Kanalikuli des triassischen temnospondylen Amphibs Gerrothorax (Foto: F. Witzmann)
Projekttitel
Die Evolution von Knochenzellen in der Tiefenzeit und die Implikationen für den Knochenstoffwechsel in der Geschichte der Wirbeltiere
Finanzierung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Kooperationspartner
- Prof. Anusuya Chinsamy-Turan, Biological Sciences Department, University of Cape Town, Südafrika
- Dr. Mason Dean, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, Potsdam
- Prof. Dr. Nadia Fröbisch, Museum für Naturkunde, Berlin
- Dr. Ingo Manke und Dr. Nikolay Kardjilov, Helmholtz Zentrum für Materialien und Energie Berlin (HZB)
- Dr. Marcello Ruta, University of Lincoln, England
- Dr. Koen Stein, Royal Belgian Institute of Natural Sciences, Brüssel, Belgien