Evolution der Ultrastrukturen des Skelettgewebes bei Conodonten - Rekonstruktion mittels Elektronenrückstreubeugung (EBSD)

• Antragsteller: Professor Dr. Axel Munnecke, seit 9/2021
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418124534

Das mineralisierte Skelett der Wirbeltiere gehört zu den erfolgreichsten Innovationen in der Geschichte des Lebens. Seine Eigenschaften ermöglichten die Entwicklung einer erstaunlichen Vielfalt biomechanischer Strategien, wie Fortbewegung, Beuteverarbeitung, Räuber-Beute-Beziehungen und Körperpanzerung. Mit diesen neuartigen Interaktionsmöglichkeiten gehen Episoden schneller Diversifizierung einher. Die entstandene Hydroxylapatit-organische Verbundstruktur von Wirbeltier-Skelettgewebe dient heute als Inspiration für künstliche medizinische Materialien. Das Verständnis der Beziehung zwischen der Ultrastruktur und den funktionellen Eigenschaften in diesen Geweben wird derzeit fast ausschließlich von Säugetierzähnen abgeleitet. Das Säugetierzahnmodell repräsentiert jedoch nicht die Strukturvielfalt, welche in den frühesten hypermineralisierten Wirbeltiergewebearten vorhanden ist. Ein neuartiges Modell ist notwendig, um die Struktur mit der Funktion des Skelettgewebes zu verbinden und Hypothesen über seine funktionellen Anpassungen zu testen. Diese Verknüpfung erfordert eine Methode, mit der einzelne Kristalle und Kristalldomänen quantitativ charakterisiert werden können. In kalkhaltigen Skeletten wurde dies unter Verwendung der Elektronenrückstreubeugung (EBSD) erreicht, aber die Versuche, diese Technik auf Hydroxylapatitgewebe anzuwenden, waren bisher nicht erfolgreich. Wir schlagen ein Forschungsprotokoll vor, das es erlaubt, EBSD auf die frühesten hypermineralisierten Gewebe von Wirbeltieren anzuwenden und es durch in situ und Pulver-Röntgenbeugung zu testen. Das Projekt konzentriert sich auf Conodonten, eine Wirbeltiergruppe, die als die erste unter Wirbeltieren und konvergent mit ihnen ein hypermineralisiertes Skelettgewebe entwickelt hat. Das Projekt zielt darauf ab, die Hypothese zu testen, dass die hypermineralisierten Gewebe der Conodonten eine nanogranulare Verbundstruktur aufweisen. Diese Struktur wurde vor kurzem bei den meisten biomineralisierenden Tierstämmen nachgewiesen und trägt zu ihren außergewöhnlichen Materialeigenschaften wie der Widerstand gegen die Rissausbreitung bei. Darüber hinaus testen wir die Hypothese, dass Conodont-Kronengewebe ultrastrukturelle Anpassungen an ihre Beuteverarbeitung aufweisen. Der Hypothese folgend, wird die breite ultrastrukturelle Variation, die sich aus diesen Anpassungen ergibt, durch Modifikationen der Größen und Orientierungen von Kristallen und ganzen Kristalldomänen auf verschiedenen Organisationsebenen ermöglicht. Abschließend werden begleitende experimentelle Untersuchungen dabei helfen, potenzielle diagenetische Veränderung der im Modell vorhergesagten Muster abzuschätzen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: EBSD Detector with a CMOS camera
• Gerätegruppe: 5140 Hilfsgeräte und Zubehör für Elektronenmikroskope
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Emilia Jarochowska, bis 9/2021