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350 Millionen Jahre Evolution und nahezu zwei Jahrhunderte wissenschaftlicher Diskussion führen nun zu einer neuen Hypothese am B CUBE – Center for Molecular Bioengineering an der Technischen Universität Dresden. Forschende des B CUBE haben eine neue Erklärung dafür gefunden, warum Ammoniten eine hochkomplizierte, fraktalähnliche Geometrie im Inneren ihrer Schalen entwickelt haben. Ihre Analyse zeigt, dass die zunehmende Komplexität der Schalenstruktur einen klaren Vorteil bot, da sie besser gegen Raubtiere schützte. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Science Advances veröffentlicht.
Ammoniten sind eine Gruppe ausgestorbener Meerestiere, deren fossile Überreste heute oft gesammelt werden. Im Laufe von 350 Millionen Jahren Evolution entwickelten Ammoniten immer komplexere Schalen mit einer fraktalähnlichen Geometrie. Seit fast 200 Jahren debattieren Forschende darüber, warum diese Tiere einen Trend zur zunehmenden Komplexität in ihren Schalenstrukturen aufweisen. Um eine mögliche Erklärung aufzudecken, erstellten Dr. Robert Lemanis und Dr. Igor Zlotnikov vom B CUBE – Center for Molecular Bioengineering an der Technischen Universität Dresden mechanische Simulationen, basierend auf theoretischen Modellen und Computertomografie. Ihre Schlussfolgerung: Die raffinierte Architektur der Schalen könnte eine geniale Verteidigungsstrategie der Natur gegenüber einer Vielzahl von Raubtieren gewesen sein.
„Im Verlauf von 350 Millionen Jahren Evolution haben Ammoniten Schalen mit immer komplexeren inneren Strukturen entwickelt. Die Hartnäckigkeit und Wiederholung dieses Trends weisen auf eine treibende Kraft hin. Die Frage, die lange unbeantwortet blieb, lautet: Welche treibende Kraft? Widerstand gegen den Wasserdruck, Muskelansätze, Atmung, cartesische Taucher – all das wurde als Erklärung für diesen Trend vorgeschlagen, aber Beweise dafür sind rar. Daher beschlossen wir, die vernachlässigte Idee der Verteidigung zu erforschen“, erklärt Dr. Robert Lemanis, Forscher in der Gruppe von Dr. Zlotnikov am B CUBE.
Die Ergebnisse des Teams legen eine faszinierende Korrelation zwischen der wachsenden Komplexität der Ammonitenschale und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Kräften nahe. Während diese uralten Kreaturen die Ozeane durchstreiften, schützten ihre Schalen sie vor Raubtieren und anderen Umweltfaktoren. Die komplexen inneren Strukturen lieferten eine entscheidende Verstärkung, die es Raubtieren zunehmend erschwerte, sie zu durchbrechen.
„Bedenken Sie, dass die Ammonitenschale eine relativ dünne Struktur war und einmal gebrochen, konnte das Tier sie nicht reparieren. Eine robuste Schale – eine, die dem Schaden widerstehen kann – bot höhere Überlebenschancen“, erklärt Dr. Lemanis.
Im Wesentlichen könnte die Entwicklung der Schale eine Geschichte des Überlebens gegen alle Widrigkeiten sein. Durch unzählige Jahre der Anpassung und Innovation gestalteten diese uralten Kreaturen ihre Verteidigung mit bemerkenswerter Präzision. Diese neue Erkenntnis der Forschenden des B CUBE gewährt uns einen Einblick in die ferne Vergangenheit, in der die Schönheit der Natur mit dem unbarmherzigen Druck des Überlebens verflochten war.
„Unsere Arbeit verbindet Biologie und Ingenieurwissenschaften und zeigt, wie Tiere die Kraft der fraktalen Morphologie nutzen, um widerstandsfähigere Biomaterialien zu entwerfen. Sie kann als Inspiration für widerstandsfähige Strukturgestaltungen dienen“, fasst Dr. Zlotnikov, Forschungsgruppenleiter am B CUBE, zusammen.
Über das B CUBE
Das B CUBE - Center for Molecular Bioengineering wurde 2008 als Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) durch die Initiative „Unternehmen Region“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gegründet. Es ist Teil des Center for Molecular and Cellular Bioengineering (CMCB). Die Forschungstätigkeit des B CUBE konzentriert sich auf die Untersuchung lebender Strukturen auf molekularer Ebene und die Übersetzung der daraus resultierenden Erkenntnisse in innovative Methoden, Materialien und Technologien.
Web: http://www.tud.de/bcube
Dr. Robert Lemanis
Tel.: +49 351 463-44272
E-mail: Robert_Evan.Lemanis@tu-dresden.de
Robert Lemanis, Igor Zlotnikov: Fractal-like geometry as an evolutionary response to predation? Science Advances
Link: https://doi.org/10.1126/sciadv.adh0480
https://tud.link/xnfz Website der Forschungsgruppe von Dr. Igor Zlotnikov
Fossil eines Kosmoceras-Ammoniten. Ein CT-Scan-Rendering
Robert Lemanis
Criteria of this press release:
Journalists
Biology
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Fossil eines Kosmoceras-Ammoniten. Ein CT-Scan-Rendering
Robert Lemanis
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