Bone Cells, Foto: Florian Witzmann, Museum für Naturkunde
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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