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Auf den Spuren eines Meisterwerks der Natur

Conodonten
Conodonten haben als eine der ersten Wirbeltiergruppen ein hypermineralisiertes Skelettgewebe entwickelt. (Bild: FAU/Emilia Jarochowska)

FAU-Paläontologin untersucht Evolution des Wirbeltier-Skeletts

Das mineralisierte Wirbeltier-Skelett hat vor ca. 500 Millionen Jahren dafür gesorgt, dass viele neue Arten entstanden sind und neue Lebensräume erobert wurden. Aber wie genau hat es sich entwickelt? Dieser Frage geht eine Paläontologin an der FAU in einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt nach.

Das Skelett von Wirbeltieren verfügt über eine erstaunliche Eigenschaft: Es mineralisiert im Laufe seiner Entwicklung und ist dadurch hart, aber gleichzeitig flexibel. „Das mineralisierte Wirbeltier-Skelett besteht aus Nanokristallen, die ähnlich Ziegelsteinen in einer Mauer für Stabilität sorgen“, erklärt Dr. Emilia Jarochowska vom Lehrstuhl für Paläoumwelt an der FAU. „Anders als Ziegelsteine jedoch können die Nanokristalle sich ineinander verschieben. Diese Flexibilität wird durch organische Substanzen zwischen den Kristallen ermöglicht. Das ist eine einzigartige Eigenschaft.“

Kein Wunder also, dass dieses Skelettgewebe in der Evolution so erfolgreich wurde. Als es sich vor rund 500 Millionen Jahren entwickelte, führte es dazu, dass die Artenvielfalt explodierte. „Durch das Skelett entwickelten sich Zähne, Schuppen und schließlich Knochen. Durch die Zähne zum Beispiel erschlossen sich Arten ganz neue Beute“, führt Dr. Jarochowska aus. „Je nachdem, was auf dem Speiseplan der jeweiligen Art stand, spezialisierten sich die Zähne entsprechend.“ Auch der Lebensraum Wasser wurde von Wirbeltieren mit Skeletten erobert. „Vorher gab es kaum aktiv schwimmende Tiere: Um sich im Wasser fortzubewegen, werden harte Strukturen benötigt, die den Wasserwiderstand aushalten“, sagt Jarochowoska.

Wie ist dieses Meisterwerk der Natur entstanden?

Aber wie genau hat sich das mineralisierte Wirbeltier-Skelett, dieses Meisterwerk der Natur, über die Jahrmillionen entwickelt? Dieser Frage geht Dr. Jarochowska zusammen mit Dr. Michael Bestman von der Professur für Geologie unter Berücksichtigung der Strukturgeologie und Prof. Dr. Stefan E. Wolf vom Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Glas und Keramik) in einem neuen, von der DFG geförderten Projekt nach. „Uns geht es darum zu erforschen, wie die Struktur auf mikroskopischer Ebene mit der Funktion des Skelettgewebes zusammenhängt.“ Dazu konzentriert sich Jarochowska auf Conodonten, eine Wirbeltiergruppe, die als eine der ersten ein hypermineralisiertes Skelettgewebe entwickelt hat. Sie will zum einen herausfinden, ob Conodonten eine nanogranulare Verbundstruktur aufweisen, wie sie bei den meisten biomineralisierenden Tierstämmen nachgewiesen wurde. Diese Verbundstruktur trägt zu außergewöhnlichen Materialeigenschaften bei, beispielsweise hilft sie gegen Rissausbreitung. Zum anderen untersucht sie, ob die ultrastrukturellen Variationen der Beuteverarbeitung, der Entwicklung von Zähnen, durch verschiedene Größen und Anordnungen der Nanokristalle ermöglicht wird.

FAU fördert Nachwuchstalente

Dass das Projekt von der DFG gefördert wird, ist auch der Nachwuchsförderung an der FAU zu verdanken, sagt Dr. Jarochowska: „Ich wurde im Rahmen der FAU-internen Emerging Talents Initiative mit einer Anschubfinanzierung unterstützt. Dadurch konnte ich Vorarbeiten leisten, die für eine erfolgreiche Antragstellung nötig sind.“ Die Emerging Talents Initiative (ETI) unterstützt promovierte Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler zu Beginn ihrer Karriere durch individuelle Maßnahmen in Höhe von maximal 15.000 Euro, die zur Vorbereitung eines geplanten Drittmittelantrags nützlich sind. Dazu gehören beispielsweise Personalmittel, Verbrauchsmaterial und Reisemittel. Zusätzlich bietet das Programm Kurse des Graduiertenzentrums der FAU, ein Nachwuchsnetzwerk sowie Mentoring durch antragserfahrene Professorinnen und Professoren an. Weitere Informationen zur ETI gibt es auf deren Webseiten.

Weitere Informationen:

Dr. Emilia Jarochowska
Tel.: 09131/85-22967
emilia.jarochowska@fau.de

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