Von der Larve zum Imagine - Morphologie und Materialzusammensetzung der Mundwerkzeugen von Odonata mit Fokus auf die Biomechanik und Ontogenese

• Antragsteller: Dr. Sebastian Büsse
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264538592

Odonata (Libellen) sind bedeutende Prädatoren, sowohl als aquatisch lebende Larven als auch als fliegende Imagines. Ihre Mundwerkzeuge sind daher hochspezialisiert an die Lebensweise eines Räubers angepasst. Im DFG geförderten Projekt (BU 3169/1-1) wird derzeit die Biomechanik der Mundwerkzeuge der Larven detailliert untersucht und erste Ergebnisse geben faszinierende Einblicke in das Zusammenspiel von 3D-Morphologie, Kinematik und Materialzusammensetzung der Kutikula. In diesem Folge-Projekt wollen wir über Einblicke in die Ontogenie und des Imaginalhäutung den Bogen zu den Mundwerkzeugen der erwachsenen Tiere schlagen welche im Fokus des Projektes stehen. Hierbei geht es um die Morphologie, Materialverteilung und -eigenschaften sowie die Biomechanik der Mundwerkzeuge im Kontext der Kinematik des Fressvorgangs. Insbesondere interessieren wir uns dafür, zu welchem Grad die Materialzusammensetzung der Kutikula, allen voran das Vorkommen von Resilin, für die Funktionsweise der Mundwerkzeuge von Bedeutung ist. Verschiedenste morphologische Untersuchungsmethoden wie Röntgentomographie, Fluoreszenzmikroskopie und moderne Rasterekektronenmikroskopie mit Kryofixierung sowie High-Speed Videographie werden uns helfen die Funktionsprinzipien hinter diesen Strukturen zu verstehen. Biomechanische Besonderheiten wie zum Beispiel Dämpfung, Stoßabsorption und damit verbundenen Verminderung der Abnutzung oder auch die Verbesserung der Langlebigkeit, welche oft mit dem vorkommen von Resilin in der Kutikula zusammenhängen, sollen mittels Finite Elemente Modellierungs-Ansätzen überprüft werden. Darüber hinaus soll ein Arbeitsprotokoll erstellt werden um die Materialverteilung in der Kutikula, welche wir mit Fluoreszenzmikroskopie ermitteln, als Vorlage für gezielte Nanoindentation zu nutzen. Hierbei wäre es möglich, Materialeigenschaften der Kutikula zu lokalisieren und gezielt zu bestimmen. Dieses Verfahren soll später genutzt werden um besagte Finite Elemente Modelle zu verbessern und deren Aussagekraft zu erhöhen. Als weiteres sollen Tests vorgenommen werden, ob die gängige Vereinfachung dieser Modelle Einfluss auf ihre Validität hat. In seiner Gesamtheit wird das Projekt äußerst nützliche Informationen für zukünftige technische Anwendungen, wie zum Beispiel in der Robotik oder verwandten Gebieten der Biomimese, zur Verfügung stellen. Zusätzlich hierzu erlaubt es uns wichtige Einblicke in die Evolution und Öko-Morphologie der Odonata.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen