Application of digital 3D visualization techniques for large-scale analyses of invertebrate anatomy using high-resolution non-invasive imaging techniques
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Verlauf dieses von der DFG geförderten, zweijährigen Forschungsprojektes an der Harvard University (Cambridge, MA, USA) konnten moderne bildgebende Verfahren an unterschiedlichen Gruppen von Wirbellosen zum Einsatz gebracht werden. Der Fokus lag hierbei auf der nicht-invasiven Analyse der inneren und äußeren Anatomie von Seeigeln (Echinoidea), Muscheln (Bivalvia), Kopffüßern (Cephalopoda), Spritzwürmern (Sipuncula) und Gürtelwürmern (Clitellata). Ziel der Arbeiten war es, die Durchführbarkeit nichtinvasiver Studien an Museumsexemplaren exemplarisch zu belegen und die methodischen Grundlagen für die systematische Anwendung solcher Verfahren bei marinen Wirbellosen zu schaffen. Zum Einsatz kamen primär zwei Verfahren, die Mikro-Computertomographie (µCT) und die Magnetresonanztomographie (MRT). Außerdem wurden höchstauflösende Datensätze von Seeigelzähnen mittels Synchrotron-Mikro-Computertomographie (SRµCT) erhoben. Die im Verlaufe des Projektes erhobenen Daten belegen die Durchführbarkeit morphologischer Analysen mittels MRT an unterschiedlichsten Tiergruppen, wofür zudem spezifische Protokolle entwickelt wurden. Die erfolgreichen MRT-Studien an Seeigeln konnten auf Kopfüßer ausgeweitet werden, insbesondere unter Nutzung von Ganzkörper- Human-MRT-Scannern. Diese Daten wurden im Rahmen einer neu gestalteten Ausstellung des Museum of Comparative Zoology (Harvard University) der Öffentlichkeit präsentiert. Zudem konnte das Röntgen-basierte Verfahren µCT erfolgreich auf eine große Anzahl von Seeigel- und Muschelarten angewandt werden, unter Heranziehung von seltenen Museumsexemplaren. Außerdem konnten erstmals Verfahren zur Darstellung von Weichteilen in 3D mittels Röntgenstrahlung an Spritzwürmern und Gürtelwürmern etabliert werden. Hierzu wurden die Tiere in Gänze mit einer Wolframlösung kontrastiert und dann gescannt. Diese Daten erlauben es, die bisher übliche, aufwändige Präparation der Tiere künftig mittels µCT zu umgehen. Einer der großen Vorteile von digitalen morphologischen Datensätzen ist die Möglichkeit der Verwendung dieser Daten durch weitere Nutzer. Allerdings ist hierfür die Verfügbarkeit von Strukturen zur Speicherung und Archivierung der Datenmengen unabdingbar - allerdings bestehen diese Infrastrukturen derzeit noch nicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2011) Application of magnetic resonance imaging in zoology. Zoomorphology 130: 227-254
Ziegler A, Kunth M, Mueller S, Bock C, Pohmann R, Schröder L, Faber C, Giribet G
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(2012) Broad application of non-invasive imaging techniques to echinoids and other echinoderm taxa. Zoosymposia 7: 53-70
Ziegler A
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(2012) Evolution of a novel muscle design in sea urchins (Echinodermata: Echinoidea). PLoS ONE 7: e37520
Ziegler A, Schröder L, Ogurreck M, Faber C, Stach T
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(2012) Macro- and microstructural diversity of sea urchin teeth revealed by large-scale micro-computed tomography survey. Proceedings of SPIE 8506: 85061G
Ziegler A, Stock SR, Menze BH, Smith AB
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(2013) The zebra finch syrinx morphome: a three-dimensional, high-resolution, interactive morphological map of the zebra finch vocal organ. BMC Biology 11: 1
Düring D, Ziegler A, Thompson C, Faber C, Müller J, Ziegler A, Scharff C, Elemans C
