Seesternskelette liefern wichtige Einblicke in die Knochenentwicklung

Forscher der Biomimetik-Innovation-Center, Hochschule Bremen-City University of Applied Sciences, haben wegweisende Entdeckungen darüber gemacht, wie mechanischer Spannung die Ultrastruktur von Seesternskelette prägt. Veröffentlicht in Acta Biomaterialiaihre Studie Liefert die erste eingehende Analyse darüber, wie Seesternskelette auf unterschiedliche Stressbedingungen reagieren und neue Einblicke in die evolutionären Mechanismen aufdecken, die die Skelettanpassung vorantreiben.

Während Seestern weithin anerkannt sind-insbesondere dank Popkultur-Ikonen wie Patrick Star in SpongeBob-Quadratoren-bleibt ihre bemerkenswerte interne Struktur oft unbemerkt. Sternenfische teilen sich eine evolutionäre Linie mit Wirbeltieren und dienen als leistungsstarke Modelle für die Entwicklung der Entwicklung von Endoskeletten.

Ihre Skelette bestehen aus Tausenden kleiner, knochenähnlicher Elemente, die als Ossikeln bezeichnet werden und eine komplexe, poröse Struktur auffallend ähnlich wie menschliche und andere Wirbeltierknochen. Nach Angaben des Hauptautors Raman und Kollegen weisen diese Ossikeln mikrostrukturelle Anpassungen auf, die die mechanischen Belastungen widerspiegeln, die sie erleben, was ein universelles Prinzip der Stressanpassung zeigt.

„Während die meisten Menschen die ikonische Form eines Seesterns erkennen, haben nur wenige die Komplexität ihres internen Skeletts berücksichtigt. Unsere Ergebnisse verbessern nicht nur das Verständnis der Seesternbiomechanik, sondern beleuchten auch grundlegende evolutionäre Konzepte der Skelettanpassung“, sagt der führende Autor Raman.

Bridging Biology und Biomechanics

Durch die Verwendung modernster Röntgenmikrotomographie und Rechenmodellierung untersuchten die Forscher die 3D-Architektur und die Stressverteilung von Seestern-Ossikeln. Sie fanden heraus, dass Regionen, die einer höheren mechanischen Spannung ausgesetzt waren, dickere Stereommikrostrukturen entwickelten – ein Prinzip, das in Wirbeltierknochen ähnlich beobachtet wurde.

Die Studie ergab jedoch auch eine entscheidende Unterscheidung. Im Gegensatz zu Wirbeltierknochen, die ihre Mikrostruktur im Laufe der Zeit dynamisch umgestalten können, fehlt Startfischrömer diese Kapazität. Dies weist darauf hin, dass der Zusammenhang zwischen Spannung und struktureller Anpassung für mesodermale Skelette innerhalb der Deuterostomie -Gruppe von grundlegender Bedeutung ist, dynamisches Umbau kann jedoch ein einzigartiges Wirbeltiermerkmal sein.

„Die Erkenntnisse erweitern nicht nur unser Verständnis der Entwicklung von Skeletten, sondern liefern auch potenzielle Impulse für Anwendungen in der Biomedizin- und leichten Konstruktion“, sagt Prof. Dr. Jan Henning Dirks. „Indem sie demonstrieren, wie sich starre Strukturen trotz begrenzter Umbaufunktionen an externe Lasten anpassen, bieten Sternenskelette wertvolle Inspiration für die Entwicklung neuer Materialien oder Bauprinzipien.“

Die Arbeit stimmt voll und ganz mit dem deutschen und europäischen Tierschutzgesetz ein. Nach den Prinzipien einer guten wissenschaftlichen Praxis wurden strenge ethische Richtlinien angewendet, um die Anzahl der Proben zu ersetzen und zu verringern und die experimentellen Methoden nach Möglichkeit zu verfeinern. Die Analysen wurden an toten Seestern durchgeführt, bei denen wissenschaftliche Expeditionen ein Bycatch standen.