Konstruktionszwänge bei der Skelettentwicklung am Beispiel der Tetrapodengliedmaßen

Konstruktionszwänge bei der Skelettentwicklung am Beispiel der Tedrapodengliedmaßen

- Gliedmaßen der Vierbeiner nach einheitlichen Grundbauplan - deswegen gern als Beispiel zum Aufzeigen von homologe Übereinstimmungen, besonders in Schulbüchern, genutzt
- drei Abschnitte:
- Stylopodium (ein Knochen)
- Zeugopodium (zwei Knochen - mitunter (mehr oder weniger) miteinander verschmolzen)
- Autopodium (viele Knochen (variieren) meist mehrstrahlig)
- Selten Frage nach funktionellen Begründungen des Bauplans
- Sondern: da Bauplan so komplex, Wahrscheinlichkeit gering, dass dieser unabhängig voneinander mehrfach parallel entwickelt haben könnte
- Bei starken Abweichungen wie Maulwurfgrabschaufel taucht Frage nach Funktionalität wieder auf
- Prof. Dr. D. S. Peters in vorliegendem Text funktionelle Begründungen Entwicklung von
Fischflosse zu Vierfüßergliedmaßen ⃗ Kostruktionszwänge
- Wasserbewohner zu Landbewohnern
- Wasserbewohner Fisch braucht Skelettaufbau mit Möglichkeiten zur Abwandlung
- Z.B. muss Flosse mit mehrachsigem Gelenk mit Körper verbunden sein, damit Schreitgliedmaße sich entwickeln konnte

Die Limitationen und ihre Folgen

- Fisch, auf paarigen Flossen auf Gewässergrund laufend auch heute noch
- Vermutung:
- Vorgänger Landwirbeltiere auch schon im Wasser gelaufen
- Begründung:
- Durch Auftrieb im Wasser leichter Körper vom Grund abzuheben und so langsam Schreitorgane optimal auszubilden
- Schlängeln mit Flossen als seitliche Stützen
- Wichtige Voraussetzung:
- Seitliches Aufsetzen Flossen (Rand biegsame Flosse zu dünn)
- Keine Knickstelle in Flosse
- 1. Abstand zwischen Standfläche und Ansatzstelle Flosse an Körper nicht willkürlich veränderbar, dadurch Bodenunebenheiten nur durch Körperauslenkungen, die mit Fortbewegung selbst nichts zu tun haben überwindbar
- ⃗ Ausbildung Gelenke notwendig - 2 Stück (Hand- bzw Fußwurzel und Knie/Ellenbogengelenk)
- 2. zum Vorwärtskommen horizontale Bewegung Wirbelsäule nötig (siehe Abb.)
- (wahrscheinlich nicht neu entwickelt, da bei Fischen schon beim Schwimmen vorhanden)
- Vorteil:
- Kraft Rumpfmuskulatur wird auf Standfläche übertragen ⃗ Standfestigkeit
- Nachteil:
- Gegenläufige Drehbewegung Flossenansatz (Abb. 2) ⃗ Standfestigkeit wieder beeinträchtigt/ mehr an Energieaufwand
- ⃗ Drehbewegung von Unterfläche weg und in Gliedmaße hinein verlagern
- dafür 2 Möglichkeiten:
- ⃗ ein Knochen in Zeugopodium + an beiden Enden mehrachsige Gelenke
- Problem:
- Zwar viele Bewegungen möglich, aber viel Muskelmasse für Stabilität und Führung notwendig (ungewünschte Bewegungen unterbinden)
- ⃗ bei Verbindung Autopodium/Zeugopodium ungünstig, da stark beansprucht und Drehung notwendig aber Drehbarkeit und Festigkeit Gelenk nicht vereinbar
- ⃗ zwei Knochen parallel = Zeugopodium
- überkreuzen sich bei Drehung
- Gelenke müssen kaum mitdrehen ⃗ Festigkeit + Drehbarkeit Gelenk gewährleistet
- Stylopodium an Drehung beteiligt
- Stylopodium mit mehrachsigem Gelenk an Rumpf gebunden
- ⃗ mehr Platz für starke Muskelansätze
- Bsp. Unterarm (drehen lassen)
- ⃗ Suspination: angewinkelter Arm Handteller zum Gesicht - Elle/Speiche parallel
- ⃗ Pronation: Handteller nach unten - E/S überkreuzt
- ⃗ bei ausgestrecktem Arm Gelenkbewegung/Bewegung Stylopodium
- Wichtig:
- Keine weiteren Möglichkeiten - mehr Knochen = keine Drehung
- Hand- und Fußwurzel nicht mit einfachem Gelenk sondern komplexes Verbundssystem
- (harte Elemente in Knorpel + Bindegewebe ⃗ Festigkeit + Beweglichkeit)
- kein rutschen auf Untergrund mehr notwendig
- ⃗ greifen bringt nun erst Vorteile
- ⃗ mehrstrahliges Autopodium beim Rutschen eher hinderlich
- wie viele Finger/Zehen hat keine funktionelle Bedeutung
- ⃗ ist entsprechend unterschiedlich ausgeprägt

sind funktionelle Gründe (Notwendigkeiten), warum Grundbauplan Tetrapodengliedmaßen sich so entwickelt

⃗ ist kein Beweis für Homologie der Gliedmaßen (einmalige Entstehung/Monophylie)

⃗ auch aus komplexen Strukturübereinstimmungen nicht unbedingt phylogenetische Schlüsse zu ziehen

- Text will nicht Entwicklung Flosse zu Vierbeinergliedmaße verdeutlichen (kann auch falsch sein, unvollständig/allgemein) sondern Wichtigkeit Zwänge (funktionell) und damit Homologieableitung in Frage stellen

Überprüfung Modell

1. - wenn Funktionalität ausschlaggebend bei Entwicklung Elle/Speiche, dann bei Individuen, die keine Drehung in Zeugopodium brauchen zurückgebildet

⃗ verwirklicht bei auf zwei Beinen laufenden (verschmolzen)

⃗ Huftiere/Menschen/zweibeinige Saurier (Autopodium auch)

2. - bezügl. Schlußfolgerung:

- Forder- und Hinterbeine selben Grundbauplan

- ⃗ wenn nicht auf Funktionalität sondern Struktur Flossen zurückführbar, dann nicht so verwirklicht, da Brust- + Bauchflossenskelett bei keinem Fisch (rezent/fossil) gleich

- ⃗ Grundkonstruktion Tetrapodengliedmaße mind. zwei Mal entstanden

Quelle: Artikel von Prof. Dr. D. S. Peters (Forschungsinstitut und Naturmuseum Seneckenberg) in Biologie heute PdN-B. 8/42. Jg. 1993