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FP7

Tetrapods Rising Ergebnis in Kürze

Project ID: 303161
Gefördert unter: FP7-PEOPLE
Land: Vereinigtes Königreich

Der Aufstieg der Tetrapoden

Als die ersten Wirbeltiere aus dem Meer krochen und sich auf Land hievten, war das eines der bedeutsamsten Ereignisse in der gesamten Geschichte des Lebens auf unserem Planeten. Viele Fossilien zeugen vom Wandel von Wasserkeulenflossern zu viergliedrigen terrestrischen Kreaturen, die als Tetrapoden bezeichnet werden und Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere umfassen.
Der Aufstieg der Tetrapoden
Das Projekt TETRAPODS RISING (Tetrapods rising: Linking changes in mandibular form with function across the fish-tetrapod transition) untersuchte, wie sich Veränderungen im Unterkiefer während des entscheidenden evolutionären Übergangs aus dem Wasser zum Land hin, mit dem mechanischen Verhalten und der Ökologie in Verbindung stehen.

15 fossile Schädel und die Köpfe von 2 noch lebenden Fischen wurden mittels Computertomographie untersucht: vom Europäischen Aal (Anguilla anguilla) und dem Hecht (Esox Lucius). Mittels Visualisierungssoftware wurde die Matrix von den Fossilien und Muskel- und Knochengewebe von den lebenden Spezies entfernt, und um einzelne Knochen und Zähne zu trennen. Neue Techniken wurden entwickelt, um 3D-Rekonstruktionen der beschädigten fossilen Schädel zu erstellen.

Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen von Aal und Hecht wurden für eine genaue Modellierung des Fressverhaltens verwendet und um die Modelle zu validieren. Die Bisskraft wurde mit Kraftaufnehmern erfasst und mittels Nanoindentation bestimmte man die Knochenmaterialeigenschaften aus dem Unterkiefer. Diese Informationen wurden zusammen mit den 3D-Rekonstruktionen verwendet, um 3D-Finite-Elemente (FE)-Modelle der Unterkiefer zu produzieren.

Die FE-Modelle lieferten Daten zu Verformung, Dehnung und Spannung unter Last, anhand deren die Forscher das mechanische Verhalten des Unterkiefers beim Fressen verstehen und messen können. Die Erkenntnisse aus den FE-Modellen der Unterkiefer von frühen Tetrapoden, Aal, Hecht und Krokodil wurden verglichen, um Fragen über den Zusammenhang zwischen Veränderungen in der Form des Unterkiefers und dem mechanische Verhalten zu beantworten.

Finite-Elemente-Analyse (FEA) wurde an den Unterkiefern der frühen Tetrapoden, der noch lebenden Fische und Alligatoren durchgeführt. Die Ergebnisse unterstützen die Hypothese, dass Veränderungen der Kiefermorphologie während der Tetrapodenevolution zu einem stärkeren Unterkiefer führte, um besser beißen zu können. Dies könnte daran liegen, dass Tetrapoden an Land nicht mehr stromlinienförmig sein mussten wie im Wasser.

Darüber hinaus wurde die Belastung im Unterkiefer der Tetrapoden gleichmäßiger verteilt als bei den Fischen, und die Gesamtspannungsenergie verringert sich mit der Evolution. Dies zeigt, dass weniger (Muskel)-Kraft aufgewendet wurde, um das Modell zu verformen, was auf eine steifere, effizientere Struktur hinweist.

TETRAPOD RISING setzte den Maßstab für die Durchführung von FEA in einem breiteren evolutionären Kontext als bisher. Es entwickelte auch Techniken für die 3D-Rekonstruktion von fossilen Schädeln. Das Ergebnis war ein neues Verständnis für die morphologische und funktionelle Entwicklung der Unterkiefer von Tetrapoden beim Übergang vom Wasser auf das Land. Die großen neuen Datensätze aus dem Projekt werden zukünftigen Forschern von großem Nutzen sein.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Tetrapoden, Fossilien, Fisch, Evolution, Unterkiefer
Datensatznummer: 175080 / Zuletzt geändert am: 2016-02-04
Bereich: Umwelt