Biomechanik des Beutefangs ausgewählter Molche

Die Aufnahme von Nahrung gehört zu den elementaren Aktivitäten tierischer Organismen und ist mitunter ein äußerst komplexer Vorgang, der nicht nur hoch koordinierte Bewegungen, sondern auch die Verflechtung anatomischer und dynamischer Komponenten des gesamten Nahrungsaufnahme-Apparates verlangt. Dabei beeinflussen in erster Linie die biophysikalischen Anforderungen des jeweiligen Mediums wo die Nahrungsaufnahme stattfindet (also Luft oder Wasser) Struktur, Funktion und Kinematik des gesamten Nahrungsaufnahme-Apparates. Diese biophysikalischen Anforderungen von Wasser und Luft an das Nahrungsaufnahme-System als Ganzes sind nicht nur verschieden, sondern in vielerlei Hinsicht sogar entgegengesetzt. Daher ist es wenig verwunderlich dass nur wenige Tetrapoden die Fähigkeit entwickelt haben, sowohl an Land als auch unter Wasser Nahrung aufzunehmen. Die meisten Amphibien zeichnen sich durch einen biphasischen Lebenszyklus aus. D.h. die aquatische Larve metamorphosiert zu einer mehr oder weniger terrestrischen postmetamorphen Form die im Grunde keine größeren Wandlungen mehr erfährt. Im Gegensatz dazu zeigen die meisten europäischen Molche (Familie Salamandridae) einen als "multiphasisch" zu bezeichnenden Lebenszyklus und wechseln nach der Metamorphose jährlich "saisonsbedingt" zwischen terrestrischen und aquatischen Habitaten. Diese Habitatwechsel erfordern massive morphologische und physiologische Veränderungen nahezu jedes Organsystems. Das vorliegende Projekt soll klären wie Molche die großteils entgegengesetzten biophysikalischen Anforderungen der beiden Medien Wasser und Luft meistern und es schaffen sowohl unter Wasser als auch an Land effizient Beute zu fangen. Ein bestimmter Grad an Plastizität im Verhalten ist eine bekannte Grundvoraussetzung für alle Tetrapoden die semiaquatisch leben und zwischen aquatischer und terrestrischer Nahrungsaufnahme wechseln können, Morphologische Veränderungen aufgrund saisonsbedingter Habitatwechsel findet man aber ausschließlich innerhalb der Molche. Das vorliegende Projekt soll untersuchen inwieweit der Nahrungsaufnahme-Apparat ausgewählter europäischer Molche von saisonsbedingten Modifizierungen betroffen ist. Diese Veränderungen betreffen neben den Lippensäumen wahrscheinlich auch das hyobranchiale Skelett, die hyobranchiale Muskulatur und die linguale Mucosa. Außerdem soll im Rahmen dieses Projektes untersucht werden in wieweit die Kinematik des Beutefangs und die neuromotorische Kontrolle assoziierter Muskeln aufgrund der Modifikationen die dem Habitatwechsel zugrunde liegen, verändert werden. Diese Veränderungen die das gesamte Nahrungsaufnahme-System betreffen, verbessern höchstwahrscheinlich die Effizienz des Beutefangs in beiden Medien. Dies würde zu einem höheren Energie-Input führen was sich wiederum positiv auf die individuelle Fitness im jeweiligen Habitat auswirken würde. Abschließend soll in dieser Studie noch geklärt werden ob das Beutefang-System von Molchen, die zwar semiaquatisch leben aber keine morphologischen Veränderungen erfahren, einen permanenten morpho-funktionellen Kompromiss zwischen den biophysikalischen Anforderungen beider Medien darstellt und daher im Vergleich zum anpassungsfähigen System in beiden Medien an Effizienz einbüßt.

Die Aufnahme von Nahrung gehört mitunter zu den wichtigsten Aktivitäten tierischer Organismen und die Anpassung der Ernährungsbiologie an die gegebenen Umweltbedingungen ist zweifelsohne Grundvoraussetzung für das Überleben einer Art. Auch wenn es innerhalb der Wirbeltiere unzählige Nahrungsaufnahme?Strategien gibt, unterscheiden sich die meisten hinsichtlich des Milieus in dem die Nahrungsaufnahme stattfindet, also Wasser und Luft, wegen der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften die dort vorherrschen und Form und Funktion aller Organsysteme massiv beeinflussen. Tiere, die sowohl an Land als auch im Wasser Nahrungsresourcen nutzen können erfahren einen signifikanten ökologischen Vorteil da sie ihr Nahrungsspektrum massiv erweitern. Der Haken dabei ist dass Wasser und Luft sehr unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisen, welche grundverschiedene Strategien und Bewegungsweisen der Nahrungsaufnahme erfordern. Eine Herausforderung der tatsächlich nur sehr wenige Wirbeltiere gewachsen sind. Ziel dieses Projektes war es morphologische und funktionelle Veränderungen der Nahrungsaufnahme in Schwanzlurchen (Salamander) zu untersuchen, welche sich durch einen sog. multiphasischen Lebenszyklus auszeichnen, d.h. Molche, die saisonbedingt zwischen einer aquatischen und einer terrestrischen Lebensweise wechseln. Die erzielten Ergebnisse zeigen dass Molche die funktionelle Dichotomie die dem saisonalen Lebensraumwechsel zugrunde liegt dadurch überwinden, dass sie ihre Beutefang?Strategie extrem schnell dem neuen Milieu anpassen und dadurch eine unübertroffene Anpassungsfähigkeit an den Tag legen. Die Ergebnisse zeigen außerdem wie unerlässlich die Fähigkeit zur Verhaltensänderung (sog. Flexibilität oder Plastizität) ist um veränderte Umweltbedingungen zu bewältigen. Tatsächlich unterscheidet sich der Beutefangmechanismus an Land von dem unter Wasser fundamental. Nach eingehender Analyse zeigt sich allerdings, dass, so sehr sich die Beutefang?Modi auch unterscheiden, der Wechsel vom einen Modus in den anderen auf nur kleinen Veränderungen und zeitlicher Verschiebungen einzelner Bewegungsmuster basiert. Gleichermaßen konnte gezeigt werden, dass eine ähnliche funktionelle Problematik auf unterschiedlichen biomechanischen Wegen gelöst werden kann. Zum Beispiel gibt es unterschiedliche Strategien um einen starken Saugstrom für den aquatischen Beutefang zu erzeugen, wobei bei verschiedenen Arten unterschiedliche anatomische Strukturen eine ähnliche Funktion übernehmen. Abschließend kann gesagt werden dass die erzielten Ergebnisse einen wichtigen Beitrag liefern wie Form, Funktion und Verhalten miteinander verschachtelt sind und wie sich Strukturen im Zuge von Veränderungen des Lebensraums ändern. Dieser Ansatz wird uns schlussendlich helfen komplexe evolutive Vorgänge in einem funktionellen Kontext besser zu verstehen.