Bestimmung des Schwimmstils jurassischer Plesiosaurier mit Hilfe von Muskelrekonstruktionen, Knochenhistologie und moderner Finite Elemente Methoden

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Sander; Professor Dr.-Ing. Ulrich Witzel
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270835314

Die biotische Erholung nach dem drastischen end-permischen Aussterben wurde im marinen Bereich durch eine rasante Evolution und Diversifizierung mariner Reptilien gekennzeichnet. Wohl eine der bedeutensten und nachhaltigsten Radiationen unter ihnen waren die Sauropterygier, deren am stärksten marine Vertreter die Plesiosaurier waren. Die Radiation der Plesiosaurier erfolgte in Jura und Kreide mit einer großen Artenvielfalt aber einer relativ geringen morphologischen Disparität, insbesondere was ihre Extremitäten betrifft. Ihre Flipper entwickelten sich zu vier annähernd identischen Tragflächen. Für ungefähr 135 Ma existierte der Lokomotionsapparat der Plesiosaurier nahezu unverändert, somit waren sie optimal an ihr Habitat angepasst und schwammen äußerst energieeffizient. Plesiosaurier entwickelten eine bis heute einzigartige Form des Unterwasserflugs, bei der sie zwei gleichförmige Flossenpaare benutzen. Da es weder ein fossiles noch ein rezentes Analogon zu den Plesiosauriern gibt, mit denen man sie vergeichen könnte, blieb es bis heute ungeklärt, wie sich der eigentliche Ablauf des Unterwasserflugs ereignete.Damit stellt das Phänomen des Plesiosaurier Schwimmens eine der größten Herausforderungen im Bereich der Wirbeltierlokomotion dar. Mit einem transdisziplinären Ansatz, der Methoden der Ingenieurwissenschaften, der Paläontologie und der Biologie umfasst, möchten die Antragsteller ihren Beitrag zur Lösung dieser evolutionären Erscheinung leisten. Zunächst wird zum Rezentvergleich eine Meeresschildkröte, nämlich Caretta caretta, präpariert, vermessen und dokumentiert. Die Ergebnisse werden benötigt, um unterschiedliche Finite Elemente Methoden benutzen zu können. Diese Methoden beinhalten die Finite Element Strukturanalyse (FESA), die Finite Elemente Struktursynthese (FESS), and Computational Fluid Dynamics (CFD). Dann wird mit Hilfe phylogenetischer Rückschlüsse (der Extant Phylogenetic Bracket), osteologischer Korrelate und Knochenhistologie die Flossenmuskulatur der Plesiosaurier rekonstruiert. Um mit FESA mögliche Muskelkräfte berechnen zu können, werden diese gründlichen Muskelrekonstruktionen benötigt. Diese Ergebnisse bilden wiederum die Grundlage der FESS Berechnungen, um Finite Elemente Synthesen der Humeri und Femora von Caretta caretta und einem Plesiosaurier zu errechnen. Damit kann, bei Übereinstimmung der virtuellen Syntheseergebnisse mit den fossilen Plesiosaurierfunden und den Präparaten von Caretta caretta, die gesamte Muskelrekonstruktion verifiziert werden. Mit CFD lassen sich dann mögliche Schwimmgeschwindigkeiten und die fluiddynamischen Eigenschaften eines Plesiosaurier Flippers bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen