Evolution und Entwicklung von evolutionären Neuheiten in der Ontogenese der Anura

• Antragsteller: Dr. Paul Lukas
• Fachliche Zuordnung: Evolution, Anthropologie ; Entwicklungsbiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418528051

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Evolutionäre Neuheiten manifestieren sich als morphologische Strukturen, die einem Organismus neue Funktionen ermöglichen oder vorhandene Funktionen weiter spezialisieren. Die Entstehung und zugrunde liegenden Mechanismen dieser evolutionären Neuerungen sind zentrale Anliegen in der entwicklungsbiologischen Forschung. Ein faszinierendes Beispiel hierfür bietet das einzigartige Knorpelskelett der Kaulquappen der Froschlurche im Vergleich zu anderen Wirbeltiergruppen. Im Grundmuster der Froschlurche sind bei den Kaulquappen zwei bemerkenswerte Knorpel vorhanden: der Suprarostralknorpel am Vorderrand des Oberkiefers und der Infrarostralknorpel im vorderen Bereich des Unterkiefers. Dieser Infrarostralknorpel ist über das ebenso einzigartige Intramandibulargelenk mit dem Meckelschen Knorpel verbunden. Zusätzlich zu diesen Knorpelstrukturen weisen einige Kaulquappen weitere einzigartige Knorpel, wie die submeckelschen, Admandibular- oder Adrostralknorpel, abhängig von ihrer Position auf. Die Evolution und Entwicklung solcher Strukturen setzen genetische Signale während der Individualentwicklung voraus, um den Organismus in einer spezifischen Weise entwickeln zu lassen. In diesem Projekt werden unterschiedliche wissenschaftliche Arbeiten im Bereich der Amphibienforschung vorgestellt, die sich auf verschiedene Weisen der Frage nach der Evolutuon und Entwicklung dieser evolutionären Neuheiten annähern. Eine Studie zur Untersuchung des Gens zax bei Xenopus laevis zeigt, dass der Knockdown dieses Gens zu Veränderungen im Kopfskelett führt, was auf seine mögliche Rolle in der Evolution und Entwicklung hinweist. Weitere Arbeiten bieten umfassende Einblicke in die Knorpelentwicklung verschiedener Anuraarten wie Bombina orientalis, Discoglossus scovazzi, Bufo bufo und Hymenochirus boettgeri, wodurch die Vielfalt der Kopfskelettentwicklung bei Amphibien verdeutlicht wird. Zudem werden Eigenschaften beschrieben, die sich deutlich von denen anderer Gnathostomata unterscheiden. Weitere Studien beschreiben detailliert Kopfskelett und Muskulatur von Kaulquappen unterschiedlicher Arten wie Alytes muletensis, Heleophryne orientalis, Pelobates fuscus und Ranitomeya variabilis, wobei zusätzliche Knorpel im Mandibularbereich festgestellt und deren Herkunft und Funktion untersucht wurden. Alle Arbeiten identifizieren systematisch relevante Merkmale und stärken dadurch die systematischen Stellungen der entsprechenden Arten. Zusätzliche Forschungen widmen sich der Fressapparatmorphologie bei Sireniden Salamandern und beleuchten die historische Entwicklung von Ernst Haeckels biogenetischem Grundgesetz und der Gastraea-Theorie bis hin zur modernen Anwendung molekularer Daten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Knockdown of zax in Xenopus laevis leads to craniofacial malformations and the absence of the intramandibular joint. Vertebrate Zoology, 70, 9-22.
  Lukas, P., Schmidt, J. & Olsson, L.
  
• Larval cranial anatomy of the Eastern Ghost Frog (Heleophryne orientalis). Acta Zoologica, 102(4), 452-466.
  Lukas, Paul
  
• Sequence of chondrocranial development in the oriental fire bellied toad Bombina orientalis . Journal of Morphology, 281(6), 688-701.
  Lukas, Paul & Olsson, Lennart
  
• Form and function of the feeding apparatus of sirenid salamanders (Caudata: Sirenidae): Three-dimensional chewing and herbivory?. Zoologischer Anzeiger, 295, 99-116.
  Schwarz, Daniel; Fedler, Matthew T.; Lukas, Paul & Kupfer, Alexander
  
• Hidden but not lost: the larval cranial anatomy of the Majorcan midwife toad (Alytes muletensis). Salamandra, 57 (3), 378-388.
  Lukas, P.
  
• The biogenetic law and the Gastraea theory: From Ernst Haeckel's discoveries to contemporary views. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 338(1-2), 13-27.
  Levit, Georgy S.; Hoßfeld, Uwe; Naumann, Benjamin; Lukas, Paul & Olsson, Lennart
  
• A decharming metamorphosis: The larval and adult morphology of the common spadefoot toad, Pelobates fuscus. Zoologischer Anzeiger, 296, 37-49.
  Jandausch, Kenny; Schwarz, Daniel; Bock, Bernhard Leopold & Lukas, Paul
  
• Sequence of chondrocranial development in basal anurans—Let’s make a cranium. Frontiers in Zoology, 19(1).
  Lukas, Paul & Ziermann, Janine M.
  
• Embryonic pattern of cartilaginous head development in the European toad, Bufo bufo. Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 340(7), 437-454.
  Lukas, Paul
  
• Tadpole morphological characterization of Ranitomeya variabilis (Zimmermann & Zimmermann, 1988) (Anura: Dendrobatidae), with skeleton, muscle system and inner organs. Zoomorphology, 142(4), 477-486.
  Regnet, Ruth A.; Lukas, Paul; Rödder, Dennis; Wipfler, Benjamin & Solé, Mirco
  
• The chondrocranium of the tadpole of Hymenochirus boettgeri (Anura: Pipidae) and the sequence and timing of its development. Zoologischer Anzeiger, 310, 53-66.
  Lukas, Paul; Araújo, Olívia G.S. & Hernández-Nieto, Sebastián