Untersuchung der initialen Gasfüllung des Tracheensystems (Tracheal Filling) in Embryonen des Schwärmers Manduca sexta (Sphingidae, Insecta). Im Fokus steht dabei die Rolle von Kavitation als physikalischem Mechanismus und die Bedeutung von 3-Phasen Interaktionen an der Tracheenwand.

• Antragsteller: Dr. Thomas Förster
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Physiologie der Tiere
• Förderung: Förderung in 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201264169

Embryos des Tabakschwärmers (Manduca sexta) nutzen ihr Tracheensystem noch während der Eientwicklung. Dies ist aus zwei Gründen bedeutsam. Zuerst erfolgt die dazu nötige Gasfüllung des Tracheensystems ohne Kontakt zur Außenluft; eine Gasblase muss de novo in der Flüssigkeit erzeugt werden. Und zweitens ist der Prozess sehr schnell. Nach weniger als fünf Minuten ist das Tracheensystem einsatzbereit. Beides deutet darauf hin, dass die Gasfüllung durch Kavitation ausgelöst wird.Das Projekt ermöglicht ein tieferes Verständnis der Kavitation im Tracheensystem durch die Manipulation von Faktoren, die die Kavitationswahrscheinlichkeit beeinflussen. Dazu gehören der Druck im Ei, die Mikrostruktur der Tracheenwand und die Veränderung der Oberflächenchemie mit der Sklerotisierung der Kutikula.Weiteres Ziel ist die Aufklärung des Mechanismus, welcher die Tracheenflüssigkeit nach erfolgter Kavitation aus dem System entfernt. Zwei Haupthypothesen bestehen. Erstens könnte Wasser über die gesamte Tracheenwand transportiert werden. Diese besitzt eine große Oberfläche, jedoch wird angenommen, dass die sklerotisierte Kutikula wasserundurchlässig ist. Zweitens könnte der Wassertransport auf die Enden der Tracheen (Tracheolen) beschränkt sein, wo die Kutikula dünn und wasserdurchlässig ist.Die Gasfüllung des Tracheensystems bietet ein biologisches Beispiel für starke Oberflächenkräfte, welche aus der Interaktion von Feststoff, Flüssigkeit und Gas resultieren. Das Projekt ermöglicht daher Einsichten in die Rolle dieser Interaktionen während eines kritischen Übergangs im Leben eines Insekts der Funktionalisierung des Atemorgans. Darüber hinaus spielen diese Oberflächeninteraktionen eine wichtige Rolle in den Materialwissenschaften (Lotus-Effekt, Funktionale Oberflächen) und in der Mikrofluidik ("Lab on a Chip" Anwendungen). Wie biologische Evolution diese Interaktionen beeinflusst hat, kann daher auch zum Verständnis grundlegender technischer Probleme beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor H. Arthur Woods, Ph.D.