Funktionelle Morphologie des Rumpfes von Echsen - Integration von Bewegung, Muskelaktivität und Fasertypenverteilung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Nadja Schilling; Professor Dr. Hans-Christoph Scholle
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 60229496

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die vorliegende Studie zur funktionellen Morphologie des Rumpfes von Echsen (Dipsosaurus dorsalis, Acanthodactylus maculatus) vereint erstmalig die synchrone Aufzeichnung der Lokomotion der Tiere mittels biplanarer, hochfrequenter Röntgenvideographie und der myoelektrischen Aktivierungsmuster des M. transversospinalis, des M. longissimus dorsi und des M. iliocostalis dorsi an mehreren vertebralen Höhen entlang des Rumpfes mittels Mehrkanal- Matrix-Elektrode mit der Rekonstruktion der dreidimensionalen Verteilung der Muskelfasertypen. Wie bereits in der Literatur für andere Echsenarten beschrieben, werden die epaxialen Muskeln uniphasisch und unilateral aktiviert. Die in der Studie untersuchten Individuen bewegten sich alle im ‚walking trot’ fort, es liegt eine stehende Welle sowohl kinematisch als auch elektromyographisch vor. Die Funktionen der epaxialen Muskulatur ändern sich in Abhängigkeit von der Fortbewegungsgeschwindigkeit und den damit zusammenhängenden Änderungen in den lokomotorischen Anforderungen. Die Aktivierungsmuster lassen darauf schließen, dass die Muskeln als globale Stabilisatoren und Mobilisatoren fungieren, die die Lateralbewegung des Rumpfes auf der kontralateralen Seite abbremsen und gleichzeitig ipsilateral einleiten. Neben diesen Funktionen stabilisieren die epaxialen Muskeln den Rumpf und das Becken gegen Kräfte die durch die extrinsischen Beinmuskeln erzeugt werden bzw. über die Extremitäten in den Rumpf eingeleitet werden. Die genannten Funktionen werden durch beobachtete Fasertypenzusammensetzung und -verteilung unterstützt. Die Muskeln setzen sich v.a. aus glykolytischen Muskelfasern zusammen. Zentral existieren Regionen ausdauernder Muskelfasern, in denen sowohl oxidative als auch oxidativ-glykolytische Fasern vorliegen. Diese Regionen stabilisieren die Wirbelsäule vermutlich lokal und ausdauernd während der Lokomotion. Die glykolytischen Muskelfasern sind aufgrund ihrer Zahl und ihres Kontraktionsverhaltens bestens geeignet, bei schnellen Bewegungen Kraft zu erzeugen und somit als globale Mobilisatoren und Stabilisatoren zu fungieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Fasertypenverteilung in der Rumpfmuskulatur von Echsen. In: Grieshaber, R., Stadeler, M., Scholle, H.-Ch. (Hrsg.): Kongressband 14. Erfurter Tage "Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen". S. 493-495.
  Moritz, S.. Fischer, M.S., Schilling, N.
  
• Activity of trunk muscles during aquatic and terrestrial locomotion in Ambystoma maculatum. The Journal of Experimental Biology, Vol. 212. 2009, Issue 18, pp. 2949-2959.
  Deban, S.M. & Schilling, N.
  
• Aktivierung der epaxialen Rumpfmuskulatur beim Wüstenleguan. In: Grieshaber, R.; Stadeler, M.; Scholle, H.-Ch. (Hrsg.): Kongressband 15. Erfurter Tage "Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen". S. 493-495.
  Moritz, S., Fischer, M.S., Schilling, N.
  
• Evolution of the axial system in craniates - Morphology and function of the perivertebral musculature. Habilitationsschrift der Biologisch-Pharmazeutischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
  Schilling, N.
  
• Fiber-type distribution in the perivertebral musculature of Ambystoma. Journal of Morphology, Vol. 271. 2010, Issue 2, pp. 200–214.
  Schilling, N., Deban S.M.
  
• Function of the epaxial muscles in walking, trotting, and galloping dogs: Implications for the evolution of epaxial muscle function in tetrapods. Journal of Experimental Biology, Vol. 213. 2010, pp. 1490-1502.
  Schilling, N., Carrier, D.R.
  
• Funktion und Morphologie der perivertebralen Muskulatur. In: Grieshaber, R.; Stadler, M.; Scholle, H.-Ch. (Hrsg.): Kongressband 16. Erfurter Tage „Prävention von arbeitsbedingten Gesundheitsgefahren und Erkrankungen“. S. 259-268.
  Schilling, N.; B. Hesse; R. Fröber & Fischer, M.S.
  
• Morphology and function of the trunk musculature in lizards - Implications for the evolution of the trunk in amniotes. Dissertation der Biologisch-Pharmazeutischen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena.
  Moritz, S.
  
• Evolution of the axial system in craniates – Morphology and function of the perivertebral musculature. Frontiers in Zoology, Vol. 8. 2011: 4.
  Schilling, N.
  
• Morphofunktionelle Eigenschaften der perivertebralen Muskulatur aus evolutionsbiologischer Sicht. In: Zehn Jahre Kompetenzzentrum für interdisziplinäre Prävention. S. 23-29.
  Fischer, M.S., Schilling, N.