Fraktalgeometrie und Multiskalenmechanik von Cephalopodenschalen

• Antragsteller: Dr. Robert Lemanis
• Fachliche Zuordnung: Geologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462708234

Die komplexen und fraktalen Strukturen im Inneren von Ammonitenschalen (Kammerscheidewände) sind seit über 100 Jahren Gegenstand von Spekulationen. Die Rekonstruktion der Funktion dieser sich iterativ entwickelten Strukturen ist eine schwierige Aufgabe, da von heute lebenden Organismen keine vergleichbaren Strukturen bekannt sind. Das bedeutet, dass die ökologischen Faktoren, die sich möglicherweise in der Septenmorphologie widerspiegeln, nicht rekonstruiert werden können. Demzufolge sind Erkenntnisse über die Evolution dieser Strukturen inklusive dem Aussterben der Ammoniten bisher nicht möglich. Vor kurzem wurde die weitgehend akzeptierte funktionale Erklärung - die zunehmende Septen-Komplexität stände im Zusammenhang mit der Eroberung von Tiefwasserhabitaten - aufgrund struktureller Grundlagen widerlegt. Allerdings weist eine vorangegangene Arbeit auf eine andere mögliche mechanische Funktion hin: Widerstand gegen punktuelle Belastung wie sie z.B. beim Zubeissen von Räubern auftreten. Dieses Projekt verfolgt diesen Interpretationsansatz in Kombination mit theoretischer Modellierung, Computational Mechanics, 3D-Druck und dynamischer mechanischer Analyse untersuchen. Die viskoelastischen Eigenschaften und Stärken von Schalen verschiedener Kopffüßer werden dabei als eine Funktion der Feuchtigkeit charakterisiert. Diese Informationen werden anschliessend sowohl physischen als auch virtuellen Modellierungstests zur Stärke und Krümmung der jeweiligen Septenmorphologien bei abweichender morphologischer Komplexität zugrundegelegt. Hierauf werden weitere Tests aufbauen mit denen modelliert wird inwieweit die morphologische Variation des Schalen-Septen-Systems (Kopffüssergehäuse) die mechanische Stärke und Deformierbarkeit beeinflussen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die verbleibende mechanische Hypothese zur Septenfunktion, nämlich die Reflektion evolutionäre Eskalationsprozesse, zu klären. Die Entwicklung komplexer Septen deutet möglicherweise auf erhöhten ökologischen Druck durch pelagische Räuber hin anstelle und nicht wie bislang angenommen auf vertikale Migrationsbewegung oder Eroberung tiefere Habitate. Die wiederholte/iterative Entwicklung komplexer Septen hat das Potential wichtige Erkenntnisse zu evolutionären Trends von Ammoniten zu liefern, sofern die treibende Kraft hinter ihrer Entwicklung bestimmt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen