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Physiologie und Lebensweise früher Tetrapoden

Vollständige Exemplare zweier unterpermischer Amphibien, Micromelerpeton credneri (links) und Apateon pedestris (rechts). Das Micromelerpeton-Exemplar zeigt Weichteil-Erhaltung seiner buschigen äußeren Kiemen. Maßstab: 10 mm, Foto: Carola Radke, MfN

Thema und Zielsetzung

Meine Forschungsarbeit umfasst die Physiologie und Lebensweise früher Tetrapoden (Stamm-Tetrapoden, frühe Amphibien und Stamm-Amnioten) des Paläozoikums und Mesozoikums. Die Schwerpunkte sind (1) Knochenschuppen und Hautknochen als osteologische Korrelate der Hautstruktur und ihre physiologische Rolle, und (2) das Kiemenskelett (Hyobranchium) und die Rekonstruktion der Hyobranchial- und Kopfmuskeln, und die Implikationen für Atmung und Fressen. Weiterhin arbeite ich an physiologischen Aspekten wie Wärmehaushalt, Osmoregulation und Verdauung bei frühen Amphibien, basierend auf osteologischen Korrelaten von physiologisch relevanten Weichteil-Organen sowie physiologischen Berechnungen analog zu heutigen Vertebraten. 

Methodik

Mikrostruktur und Histologie von Hautknochen (Schädeldach, Schultergürtel, Osteoderme, Knochenschuppen) werden anhand von Dünnschliffen und nicht-invasiven Methoden wie Micro-CT und Neutronen Tomographie untersucht. Die oftmals skulpturierte (ornamentierte) Oberfläche der Hautknochen wird durch Licht- und Rasterelektronen-Mikroskopie untersucht und mit quantitativen Methoden analysiert. Das Hyobranchial-Skelett früher Tetrapoden wird morphologisch, mikroskopisch und durch Mikro-CT untersucht. Rekonstruktionen von assoziierten Weichteilen wie Blutgefäßen, der Kiemen sowie der Muskeln des Kopfes und des Hyobranchialapparates basieren auf osteologischen Korrelaten in den Fossilien sowie der Präparation rezenter Fische und Amphibien und der Anwendung der Methode des „Extant Phylogenetic Bracket“. Finite Elemente Analyse wird angewendet, um die Stress-Verteilung im Schädeldach und Gaumen früher Tetrapdoen beim Fressen zu untersuchen.

Foto oben: Vollständige Exemplare zweier unterpermischer Amphibien, Micromelerpeton credneri (links) und Apateon pedestris (rechts). Das Micromelerpeton-Exemplar zeigt Weichteil-Erhaltung seiner buschigen äußeren Kiemen. Maßstab: 10 mm.

Ausgewählte Publikationen

  • Witzmann, F. & Werneburg, I. 2017. The palatal interpterygoid vacuities of temnospondyls, and the implications for the associated eye- and jaw musculature. Anatomical Record 300: 1240-1269
  • Witzmann, F. & Brainerd, E. L. 2017. Modeling the physiology of the aquatic temnospondyl Archegosaurus decheni from the early Permian of Germany. Fossil Record 20: 105-127.
  • Lautenschlager, S., Witzmann, F. & Werneburg, I. 2016. Palate anatomy and morphofunctional aspects of interpterygoid vacuities in temnospondyl cranial evolution. The Science of Nature (Naturwissenschaften) 103: 79 DOI 10.1007/s00114-016-1402-z
  • Witzmann, F. 2016. CO2-metabolism in early tetrapods revisited: inferences from osteological correlates of gills, skin and lung ventilation in the fossil record. Lethaia 49: 492-506.
  • Witzmann, F. 2013. Phylogenetic patterns of character evolution in the hyobranchial apparatus of early tetrapods. Earth and Environmental Science Transactions of the Royal Society of Edinburgh 104: 145-167.
  • Witzmann, F. & Schoch, R. R. 2013. Reconstruction of cranial and hyobranchial muscles in the Triassic temnospondyl Gerrothorax provides evidence for akinetic suction feeding. Journal of Morphology 274: 525-542.
  • Janis, C. M., Devlin, K., Warren, D. E. & Witzmann, F. 2012. Dermal bone in early tetrapods: a palaeophysiological hypothesis of adaptation for terrestrial acidosis. Proceedings of the Royal Society of London, Series B 279: 3035-3040.
  • Witzmann, F. 2011. Morphological and histological changes of dermal scales during the fish-to-tetrapod transition. Acta Zoologica (Stockholm) 92: 281-302.
  • Schoch, R. R. & Witzmann, F. 2011. Bystrow's Paradox: gills, fossils, and the fish-to-tetrapod transition. Acta Zoologica (Stockholm) 92: 251-265.
  • Witzmann, F., Scholz, H., Müller, J. & Kardjilov, N. 2010. Sculpture and vascularization of dermal bones, and the implications for the physiology of basal tetrapods. Zoological Journal of the Linnean Society 160: 302-340.
  • Witzmann, F., Soler-Gijón, R. 2010. The bone histology of osteoderms in temnospondyl amphibians and in the chroniosuchian Bystrowiella. Acta Zoologica (Stockholm) 91: 96-114.
  • Witzmann, F. 2009. Comparative histology of sculptured dermal bones in basal tetrapods, and the implications for the soft tissue dermis. Palaeodiversity 2: 233-270.
  • Witzmann, F. 2007. The evolution of the scalation pattern in temnospondyl amphibians. Zoological Journal of the Linnean Society London, 150: 815-834.

Drittmittelfinanzierung

Dies ist ein dauerhaftes Forschungsfeld, aber einige seiner Teile wurden durch die DFG gefördert (Projekte “Sculptured dermal bones as osteological correlates of integumentary structure and physiology of basal tetrapods” von 2006 bis 2007, und “Morphological and phylogenetic changes of the hyobranchial apparatus from fishes to nasal tetrapods” von 2011 bis 2012; PI Florian Witzmann) und durch die Alexander von Humboldt Stiftung (Feodor Lynen Stipendium in Providence, USA: “Breathing in early tetrapods: palate construction and the evolution of buccal pumping” von 2014 bis 2016; PI Florian Witzmann).