Form und Evolution des Tracheensystems der Hexapoda

• Antragsteller: Dr. Benjamin Wipfler
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 463181221

Mit dem vorgeschlagenen Projekt soll ein schlüssiges Bild der Evolution des Tracheensystems der Hexapoda entstehen. Dieses ist durch fehlende Daten, die Tatsache, dass das Tracheensystem mit klassischen morphologischen Methoden sehr schwer darzustellen ist sowie den Mangel an evolutiven Interpretationen stark eingeschränkt. Dazu sollen in Rahmen des hier vorgeschlagenen Projektes folgende Fragen beantwortet werden: 1) Wie groß ist die intraspezifische Variabilität und Ähnlichkeit des Tracheensystems verschiedener Vertreter der Hexapoda? 2) Ist das Tracheensystem Teil des Grundplans der Hexapoda, oder ist es mehrfach unabhängig entstanden? Welche entscheidenden evolutiven Entwicklungen fanden im Tracheensystem der Hexapoda statt? Wurde die Organisation und der Aufbau des Tracheensystem innerhalb der Gruppe immer komplexer? 3) Gibt es einen Zusammenhang zwischen Körpergröße des Tieres und Größe und Komplexität des Tracheensystems? Stellt das Tracheensystem eine limitierende Randbedingung in Bezug auf die Körpergröße der Hexapoda dar? Um diese Fragen zu beantworten werden wir unterschiedliche morphologische Merkmalssystem wie Verzeigungsmuster, Aufbau und Ultrastruktur der Tracheen oder Form, Lage und Muskulatur der Atemöffnungen untersuchen. Die durch aktuelle morphologische Untersuchungstechniken wie micro-Computer-Tomographie, digitalisierte histologische Schnittserien, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie sowie dreidimensionale Rekonstruktionen erzeugten Daten werden im Kontext eines robusten phylogenetischen Gerüstes analysiert. In einem zweiten Schritt werden die erhaltenen 3D Modelle für fortgeschrittene morphometrische Untersuchungen genutzt. Dies beinhaltet die Bestimmung der fraktalen Dimension, Zentralität, Netzwerkmuster, Volumina und Verzweigungsraten. Diese Ansätze liefern einen Zugang zur Erfassung und Interpretation der komplexen dreidimensionalen Form des Tracheensystems und ermöglichen eine Untersuchung der Korrelation einzelner Faktoren mit der Körpergröße und Körperbau der untersuchten Tiere. In unseren Vorarbeiten haben wir einen Arbeitsablauf entwickelt und etabliert, der es ermöglicht, das vorgeschlagene Arbeitsprogramm im beantragten Zeitrahmen durchzuführen.Die Ergebnisse des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens werden maßgeblich unser Verständnis des Atmungssystems der Hexapoda und dessen Anpassungen beeinflussen. Das beantragte Projekt ist der erste Ansatz I) zur Klärung der evolutiven Schlüsselereignisse im Tracheensystem der Hexapoda, II) zum Einsatz eines 3D-Ansatzes zur Klärung des Zusammenhangs zwischen Körpergröße und Aufbau des Tracheensystems von miniaturisierten Arten bis hin zu „Riesen“ Arten und 3) zur Erfassung der quantitativen intraspezifischen Variation dieses Merkmalssystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Jörg Hammel