Rasterelektronenmikroskop für Hochvakuum und variablen Druckbereich samt Proben-Präparationsgeräten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
(1) Untersuchungen zur Kopfmorphologie von Kurzflügelkäfern: Im Zuge vergleichender kopfmorphologischer Untersuchungen an Kurzflügelkäfern (Coleoptera, Staphylinidae) konnte mit Hilfe des REM die grundsätzliche Struktur des Prämentum-Hypopharynx- Komplexes bei einer Reihe von Arten der Unterfamilie Aleocharinae aufgeklärt und im Zusammenhang mit der Ernährungsweise diskutiert werden. Es konnten drei morphologische Typen unterschieden werden, wobei bei dem am stärksten abgeleiteten Typ 3 ein schichtweises dorsoventrales Übereinanderliegen von Hypopharynx, Prämentum und Mentum auftritt. Hierdurch nähert sich der Hyopharynx von unten an die Ventralseite der Mandibel an, wodurch sich eine völlig neue Möglichkeit ergibt, fein partikuläres Material wie z.B. Pilzsporen zu zerreiben. So wurde bei der überwiegenden Zahl der untersuchten Aleocharinae statt einer echten mesal auf den Mandibeln liegenden Mahlfläche (Mola) eine de novo entstandene Pseudomola auf der Ventralseite der Mandibel nachgewiesen. (2) Untersuchungen zur Funktion der Mundwerkzeuge bei der Schabe Periplaneta americana: Für die Maxillen der Schabe Periplaneta americana konnte durch Kombination von kinematischen mit REM-gestützten morphologischen Analysen ein Funktionsmodell ihrer Bewegungsweise während eines Bewegungszyklus erstellt werden. Hierfür wurden die an den Maxillen inserierenden Muskeln identifiziert und funktionell interpretiert. (3) Vergleichende Funktionsanalyse adhäsiver Lokomotions- und Beutefangstrukturen: Insekten als Ideengeber für die Entwicklung mikrostrukturierter und flüssigkeitsvermittelnder bionischer Haftsysteme: In diesem interdisziplinär angelegten Projekt wird durch die Kombination funktionsmorphologischer, emulsionsanalytischer sowie chemisch-analytischer Untersuchungen an Haftsystemen, die bei Insekten zur Lokomotion oder zum Beutefang eingesetzt werden, eine umfassende Funktionsanalyse flüssigkeitsvermittelter Adhäsionsorgane angestrebt. Das Kryo-REM dient hierbei der Darstellung der Haftorgane der untersuchten Insekten samt aufliegendem Haftsekret sowie der Darstellung der Struktur künstlich nach dem natürlichen Vorbild hergestellter Haftemulsionen. Im Falle des labialen Klebfangapparates der Vertreter der Kurzflügelkäfergattung Stenus konnten die gemessenen Haftkräfte auf verschieden strukturierten Oberflächen mit der mit dem REM ermittelten morphologischen Struktur der Haftpolster korreliert werden. Zudem konnte mit Hilfe der Kryo-REM-Technik nachgewiesen werden , dass im natürlichen Zustand die einzelnen Hafthaare tief in das Haftsekret eingetaucht sind. (4) Induzierte Bauplanänderungen und innere Schalenbildung bei Schnecken: Mit einer kurzzeitigen Platingabe während der Embryonalentwicklung konnte bei der Schnecke Marisa cornuarietis die Wachstumsrichtung des schalenbildenden Gewebes unumkehrbar beeinflusst und die Schalenbildung gehemmt werden. Nach Absetzen von Platin entwickeln sich die Schnecken entsprechend ihres neuen Entwicklungsprogramms, schlüpfen aus den Eiern, nehmen wie üblich Nahrung auf und ändern ihre neu definierte Körpergestalt auch während des weiteren Wachstums nicht. In dieser Zeit wächst in den Tieren eine innere, ebenfalls kalkige Schale in der Form eines leicht gebogenen Hohlkegels heran Da auch natürlich vorkommende Nacktschnecken und Tintenfische in der Größe reduzierte innere Schalen ausbilden, könnte die künstlich modifizierte Marisa-Schnecke als entwicklungsbiologisches Modell für die Erklärung der Evolution innerer Schalen bei Weichtieren dienen. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Regulation der Genaktivität modifiziert wird, und dass derartige Modifikationen auch während der Evolution von Körperformen der Weichtiere bedeutsam waren. (5) Funktionsmorphologie und Evolution von Ptychoidie bei Hornmilben: Hornmilben haben mehrfach eine spezielle Körperform (ptychoide Form) entwickelt, bei welcher die Beine und das Coxisternum ins Körperinnere der Tiere eingezogen werden und sich die Tiere dann mit dem Prodorsum kapselartig verschließen können. Oberflächlich betrachtet sehen die einzelnen Linien sehr ähnlich aus. Im Detail, wie durch REM-Aufnahmen in Kombination mit SR-µCT ersichtlich wird, unterscheiden sich jedoch die vier evolutiven Linien erheblich voneinander. Die Unterschiede sind vor allem in der Realisierung morphologischer Anpassungen zum Druckausgleich im Körperinneren beim Ein- und Ausfahren der Extremitäten zu finden. Somit stellt dieses System ein sehr schönes Beispiel für die mehrfache konvergente Entstehung eines komplexen Merkmals dar. (6) Zerstörungsfreie DNS-Isolation von Kleinst-Arthropoden: Standard-DNS-Isolation beinhalten zumindest die partielle Zerstörung der zu untersuchenden Einzelprobe und sind daher für spezielle Proben (Typus-Exemplare, Beleg-Exemplare etc.) nicht attraktiv. Anhand spektro-photometrischer Messungen, DNS- Sequenzierungen und rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen haben wir zeigen können, dass herkömmliche Isolations-Kits mit wenigen Änderungen für eine genetische Analyse sowie eine nachfolgende mikroskopische Analyse angewandt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2010): Comparative studies on the adult head of selected sporophagous and non-sporophagous Aleocharinae (Coleoptera: Staphylinidae): Musculature and hypopharynx-prementum complex. Journal of Morphology 271 (8), 910-931
Weide, D., Thayer, M.K., Newton, A.F. & Betz, O.
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(2010): Turning snails into slugs: Induced body plan changes and formation of an internal shell. Evolution and Development, 12 (5), 474-483
Osterauer, R., Marschner, L., Betz, O., Gerberding, M., Sawasdee, B., Cloetens, P., Haus, N., Sures, B., Triebskorn, R., Köhler, H.-R.
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(2011). Fine structure of the gnathosoma of Archegozetes longisetosus Aoki (Acari: Oribatida, Trhypochthoniidae). Journal of Morphology 272: 1025-1079
Alberti, G., Heethoff, M., Norton, R. A., Schmelzle, S., Seniczak, A., Seniczak, S.
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(2011): Adhesive performance of the stick-capture apparatus of rove beetles of the genus Stenus (Coleoptera, Staphylinidae) toward various surfaces. Journal of Insect Physiology, 58, 155-163
Koerner, L., Gorb, S., Betz, O.
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(2012): Functional morphology and adhesive performance of the stick-capture apparatus of the rove beetles Stenus spp.(Coleoptera, Staphylinidae). Zoology, 115, 117-127
Koerner, L., Gorb, S., Betz, O.
