FossilGaitSim: Erforschung des wichtigsten Haltungsübergangs in der Evolution von Synapsiden zu Säugetieren durch Bewegungssimulationen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anne Koelewijn
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Paläontologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558918908

Mithilfe von Bewegungssimulationen und fossilen Fährten werden wir den evolutionären Weg vom reptilienartigen Spreizgang zum aufrechten Stemmgang bei Säugetieren und ihren Vorfahren untersuchen. Wir haben fünf Ichnotaxa ausgewählt, fossile Aufzeichnungen von Bewegungen, die vom frühen Perm bis zum Miozän reichen und somit den Übergang vom Spreizgang zum Stemmgang abdecken. Mit Hilfe von Bewegungssimulationen, die durch die Lösung optimaler Steuerungsprobleme erstellt werden, werden wir anzunehmende Gangarten und Körperhaltungen untersuchen, die zur Erstellung dieser Fährten verwendet werden, sowie die Morphometrie des Fährtenlegers. Dieser Prozess ähnelt der Optimierung, die das zentrale Nervensystem bei der Planung und Ausführung von Bewegungen vornimmt. Diese Art Simulationen können bereits erfolgreich verschiedene menschliche Bewegungen vorhersagen, indem sie die energieeffizienteste Bewegung finden. Wir werden sie nutzen um die jeweilige tierische Gangart identifizieren, mit der die fossilen Fährten erzeugt wurden. Das dynamische Modell und seine morphometrischen Parameter (oder Parameterbereiche) werden auf Fährtenmessungen, auf modernen Analoga und auf (unvollständigen) Körperfossilien, sofern diese verfügbar sind, basiert sein. Zunächst werden wir ein anpassbares Ganzkörpermodell entwickeln, das für die Erstellung der Simulationen verwendet werden kann. Derzeit werden solche Modelle ausgestorbener Tiere ausschließlich durch zeitaufwändiges Scannen von Körperfossilien erstellt. Die Anpassbarkeit unseres Modells stellt sicher, dass verschiedene Tiere durch Anpassung der Modellparameter repräsentiert und untersucht werden können. Zuerst werden wir das Modell und unseren Simulationsansatz anhand von Fährten- und Videodaten von lebenden Tieren, Reptilien als basale Verwandte und Säugetieren als abgeleitete Verwandte validieren. Anschließend werden wir den Zusammenhang zwischen Morphometrie, Gangart und Haltung untersuchen. Mithilfe einer Sensitivitätsanalyse wollen wir untersuchen, welche morphometrischen Parameter Gang und Haltung und insbesondere die daraus resultierende Fährte beeinflussen. Diese Analyse wird uns Aufschluss über den wahrscheinlichen Bereich der morphometrischen Parameter geben. Wir werden zudem phylogenetische Bäume und evolutionäre Optimierungsalgorithmen verwenden, um die evolutionäre Entwicklung von Gang und Morphometrie anhand der Simulationen und der Fährteninformationen zu erforschen. Zuletzt werden wir die fünf ausgewählten Fährten untersuchen und die wahrscheinliche Gangart und Körperhaltung sowie die Morphometrie des Fährtenlegers ermitteln, um den evolutionären Weg vom Spreizgang zum aufrechten Stemmgang zu ermitteln. Zu diesem Zweck werden wir verschiedene Fährten der fünf Ichnotaxa sammeln und auswählen, die sich für Simulationen eignen, Dynamikmodelle für diese Fährten entwickeln und schließlich durch Simulationen die wahrscheinlichsten Bewegungen untersuchen, die diese Fährten hervorgebracht haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Kooperationspartnerin: Dr. Verónica Krapovicas