Mikromechanik und Struktur-Funktions-Beziehungen in Mechanosensoren von Spinnen; Schlüssel zum Verständnis der Organleistung

• Antragstellerin: Professorin Dr. Yael Politi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 340613815

Die Fähigkeit verschiedene Umweltsignale zu überwachen und darauf zu reagieren ist eine fundamentale Eigenschaft lebender Organismen. Dabei kann die Vielzahl natürlich vorkommender, in lebenden Organismen gefundener Sensoriksysteme als Inspiration und Vorlage für die Entwicklung synthetischer Sensorsysteme und materialien dienen; hierzu bedarf eines tiefen Grundlagenverständnisses der Sensormechanismen auf Sensormaterialebene.Arthropoden besitzen Mechanosensoren von besonderem Interesse für Geräusch, Berührungs, Strömungs, und Vibrationswahrnehmung, sie erlauben die Interpretation komplexer räumlicher und zeitlicher Umweltsignale mit geringer Verarbeitungslast für das zentrale Nervensystem. Die Mechanosensoren von Spinnen verfügen über außerordentliche Empfindlichkeit und funktionieren selbst bei extrem niedrigen Stimulus Schwellenwerten. Individuelle Mechanosensoren sind hochselektiv für spezifische Stimulus Frequenzbandweiten und gehen mit einem effektiven Ausfiltern biologisch nicht relevanter Störungen einher. Ansammlungen von Mechanosensoren agieren dabei als sensorische Verbundsorgane und stellen einen hohen Grad an räumlicher und direktionaler Auflösung zur Verfügung.Der Großteil bisheriger Arbeiten beschäftigte sich mit makro- und mikroskopischer mechanosensorischer Funktionalität der Sensororgane, wobei kaum auf strukturelle und mechanische Materialeigenschaften eingegangen wurde. Die Haupthypothese unserer Studie nimmt an, dass die spezifische räumliche Anordnung der grundlegenden Biokompositarchitektur (d.h. deren Chitinfasern und Proteine), sowie Gradienten in der Materialkomposition der Sensororgane und des umschließenden Kutikels entscheidende Aufgaben in ihrer mechanosensorischen Funktionalität übernimmt. Um die fundamentalen Prinzipien natürlicher Mechanorezeptoren aufzuklären, schlagen wir hier daher vor, die mechanosensorischen Systeme bei Spinnen, deren Spaltorgan und Sensorhärchen, zu untersuchen und sie auf Materialebene bzgl. der Organisation ihrer hierarchischen Struktur, kompositioneller Gradienten und mikro und nanomechanischer Eigenschaften zu charakterisieren. Die gewonnen Daten werden in skalenübergreifende physikalische Modelle, vom Material- bis in die Organebene, integriert werden. Dies wird uns die Identifizierung der Mechanismen auf Materialebene für die Erkennung, Übertragung und das Filtern mechanischer Stimuli ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel, Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Friedrich G. Barth; Dr. Luca Bertinetti, Ph.D.; Privatdozent Dr. Roland Brunner, Ph.D.; Professor Dr. Peter Fratzl; Dr. Igor Zlotnikov
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr. Benny Bar-On, Ph.D.