Bewegung in neue Nischen: Beine, Ökologie und Evolution mustellider Säuger

• Antragsteller: Brandon Kilbourne, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere ; Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269215105

Die Anatomie der Extremitäten ist oft an die mechanischen Anforderungen zur Fortbewegung innerhalb der ökologischen Nische einer Art geknüpft. Dies macht sie zu einem idealen Untersuchungsgegenstand, um ein besseres Verständnis adaptiver Evolution integrierter Merkmale zu erlangen. Ich habe bereits getestet, ob sich innerhalb der Mustelidae, einer funktionell diversen Klade innerhalb der Carnivora, Unterschiede zwischen externen und internen Knochen- sowie Muskelcharakteristika hinsichtlich der Bewegungstypen unterscheiden und ob gleiche Dynamiken die Merkmalsevolution angetrieben haben. Ergebnisse für bisher 42 beprobte Marderarten (70% der heutigen Artenvielfalt) zeigen, dass sich innerhalb der Mustelidae die äußerlichen Dimensionen bei kletternden und schwimmenden Formen unterscheiden, wobei dies wahrscheinlich auf Unterschiede in den selektiven Regimes der unterschiedlichen Lebensstile zurückzuführen ist. Ich konnte gemeinsam mit Kollaborationspartneren anhand von µCT-Scans von 240 Langknochen in 22 Marderarten zeigen, dass CSA (ein Maß für den axialer Kompressionswiderstand des Knochens) und SMA (ein Maß für den Biegungswiderstand des Knochens) sich innerhalb der Bewegungsarten der rezenten Mustelidae signifikant unterscheiden, wobei Langknochen der grabenden und schwimmenden Arten höhere CSA und SMA aufwiesen als kletternde und generalisierte. Basierend auf einem Sektions-Datensatz von 13 Arten, den ich in acht Ländern ermittelt habe, wurde gezeigt, dass schwimmende Formen im Vergleich zu kletternden und generalisierten, relativ größere Muskelfaszikellängen, größere Muskelmassen und eine größere Kapazität zur Krafterzeugung aufweisen.Im vorliegenden Antrag will ich untersuchen, ob Adaptationen die Mikroanatomie der Knochen (=Trabekelstruktur) beeinflussen; bzw. wie Bewegungstypen und adaptive Diversifizierung die Merkmalsevolution auf makroskopischer und mikroskopischer Ebene verändern. Ich möchte testen, ob gleiche evolutionäre Dynamiken Extremitätenmorphologie und Körpergröße (=stark beeinflussbare Merkmalsgröße) beeinflussen. Hierfür werde ich einzigartige fossile Mustelidae, mit Gigantismus und speziellen Laufanpassungen, einbeziehen, was Rückschlüsse auf selektive Regimes und unterschiedliche Evolutionsraten ermöglicht sowie Zusammenhänge von Körpergrößenevolution und Adaptive Peaks in der Extremitätenanatomie aufdeckt. Schlussendlich plane ich erstmals, Einflüsse der Bewegungsanpassungen auf die postnatale ontogenetische Entwicklung zu untersuchen. Dazu werde ich mit CSA, SMA, sowie Muskellänge und -masse testen, ob Bewegungsadaptationen mit bestimmten postnatalen Wachstumsstrategien assoziiert sind, eine einheitliche Wachstumsstrategie vorliegt oder der Spezialisierungsgrad das Wachstum beeinflusst. Diese Studie wird enthüllen, wie integrierte Merkmale (hier Knochen und Muskeln) sowie auch Makro- und Mikrostrukturen die Evolution von Adaptationen beeinflussen und wie diese Adaptationen die ontogenetische Entwicklung beeinflussen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen