Neuroanatomie von Asselspinnen – vergleichende Untersuchungen neuronaler Strukturen zur Klärung von Phylogenie und Evolution einer alten Arthropodenlinie mit begrenzter morphologischer Disparität

• Antragsteller: Dr. Georg Brenneis
• Fachliche Zuordnung: Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405578166

Dieses Projekt zielt darauf ab, die Neuroanatomie der marinen Pycnogonida (Asselspinnen) vergleichend zu untersuchen, sowie beispielhaft Adultneurogenese an einem ihrer Vertreter zu studieren. Asselspinnen stellen die vermeintliche Schwestergruppe aller übrigen Chelicatera (Spinnentiere i.w.S.) dar. Um Einblicke in die Nervensystemevolution der Cheliceraten zu erlangen, sind daher detaillierte Untersuchungen an Pycnogoniden unerlässlich. Trotz des erheblichen Alters der Kronengruppe, zeigen alle rezenten Haupttaxa („Familien“) eine erstaunlich übereinstimmende Körperorganisation, bei der auf die “Kopf”region mit drei spezialisierten Extremitätenpaaren der Rumpf mit vier Laufbeinpaaren folgt. Während die Struktur der Laufbeine taxonübergreifend konserviert ist, zeigen die “Kopf”extremitäten drastische Unterschiede. Nichtsdestotrotz haben bis heute weder extern morphologische noch molekulare Analysen eine robuste Rekonstruktion der Pycnogonidenphylogenie ermöglicht, was die Notwendigkeit der Einbeziehung von Merkmalskomplexen interner Anatomie hervorhebt. Diesbezüglich stellt die Untersuchung des zentralen Nervensystems (ZNS) einen vielversprechenden Ansatz dar, da bereits zuvor neuronale Merkmale maßgeblich zur Verwandtschaftsklärung der Arthropodengroßgruppen beitragen konnten. Mithilfe moderner Methoden (inkl. micro-CT) werden daher 3D-Rekonstruktionen der suprazellulären anatomischen Strukturen des Pycnogoniden-ZNS erstellt, die daraufhin als Bezugssystem zur Verortung spezifischer Neuronen(gruppen) dienen sollen. Letztere werden anhand von immunhistochemischer Färbung unterschiedlicher neuroaktiver Substanzen mit hochauflösender Laser-Scan-Mikroskopie dokumentiert. Darüber hinaus sollen in-vivo Zellproliferationsexperimente gekoppelt mit Genexpressionsstudien und neuronalen backfills adultneurogenetische Prozesse beleuchten – ein Phänomen, das potentiell der Plastizität einzelner Nervensystemregionen vieler Arthropoden zugrunde liegt. Die Studien werden zur Erstellung der ersten Datenmatrix für ein internes Organsystem der Pycnogoniden führen, die alle rezenten Familien umfasst. Phylogenetische Analysen werden daraufhin (1) die “phylogenetische Nützlichkeit" neuronaler Merkmale in dieser alten Arthropodengruppe mit begrenzter morphologischer Disparität testen, (2) potentielle Konflikte zwischen neuronalen und extern morphologischen Merkmalen aufzeigen, insbesondere im Vergleich der variablen “Kopf”- und der konservierten Rumpfregion, und (3) unabhängige Evaluation von molekularen Topologien erlauben. Des Weiteren werden neuroanatomische Merkmalszustände des Pycnogoniden-Grundmusters rekonstruiert. Über den Vergleich mit anderen Arthropodentaxa verspricht dies Einsichten in die Nervensystemevolution der Cheliceratenlinie, wenn nicht sogar für Arthropoden generell. Im Speziellen kann dies dazu beitragen, überzeugende Apomorphien für das selbst molekular noch unzureichend begründete Monophylum (Pycnogonida + Euchelicerata) zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen