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Dr. Björn Quast

Forschung Lehre Methoden Interessen Software Publikationen

 

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Dr. Björn Quast

Institut für Evolutionsbiologie und Zooökologie
An der Immenburg 1
53121 Bonn

Tel. ++49 228 735758
Fax.: +49 228 73 51 29

bquast@evolution.uni-bonn.de

(aktuelle Adresse: Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, b.quast@leibniz-zfmk.de)

 

 

Forschung

Publikation und Visualisierung morphologischer Daten

slide_viewerZoologische Forschung steckt in einem erstaunlichen Paradoxon. Neue Bildgebungs- und Mikroskopieverfahren erlauben bisher ungeahnte Einblicke in die Anatomie von Zellen und Organismen sowie die umfassende Dokumentation von Ergebnissen. Mit der zunehmend molekularen Ausrichtung der Biologie und der Spezialisierung auf subzellulare Fragestellungen geht gleichzeitig anatomisches Wissen über Tiere verloren. Ohne fundierte anatomische Kenntnisse besteht jedoch die Gefahr, dass Strukturen und physiologische Mechanismen falsch interpretiert werden oder schlichtweg nicht erkannt werden. Die Referenz auf anatomische Literatur bietet hier keinen Ausweg, da diese in der Regel auf das 19. und frühe 20. Jahrhundert zurück geht und keine aktuellen Fachtermini und Bilddokumentationen liefert. Die bisherige Tradierung der Kenntnisse in Forschung und Lehre wird zu Gunsten molekularen Wissens vernachlässigt.

Mit den heutigen Möglichkeiten des Internets sollte es möglich sein, mikroskopische Schnittserien und Rekonstruktionen mit Annotationen zugänglich zu machen. Neben der Unterstützung nicht morphologisch arbeitender Arbeitsgruppen würde eine solche Publikation von Forschungsdaten den derzeitigen Forschungstand darstellen und diskutabel machen. Derzeit verfügbare Tools (z. B. CATMAID) fokussieren auf Forschergruppen-internen Austausch. Eine darüber hinaus gehende Veröffentlichung erfordert leicht zu handhabende Tools, die sich einfach installieren lassen und als Bausteine genutzt werden können. Mit einem Viewer für Schnittserien und 3D Surface-Modelle habe ich angefangen, an einem Proof of Concept zu arbeiten. Forschungs-Datenbanken wie MorphDBase verfolgen ähnliche Ziele und bieten einen viel größeren Leistungsumfang, für mich steht derzeit aber Leichtgewichtigkeit und einfache Visualisierungsmöglichkeiten im Vordergrund.

Entwicklung der Nephridien und Leibeshöhlen bei Arthropoda

Rekon Limulus Die Tiergruppen Arthropoda und Annelida weisen als Gemeinsamkeit einen segmentierten Körper auf, in dem sich Organe wie Nephridien, Gonaden, Ganglien und Nervenstränge seriell wiederholen. Die Muskulatur jedes Körpersegments soll in beiden Tiergruppen aus den Wänden von segmentalen Leibeshöhlen, den Coelomen, hervorgehen. Aufgrund dieser Ähnlichkeiten wurden Arthropoda und Annelida in der traditionellen Systematik als Schwestergruppen in dem Taxon Articulata zusammengefasst. Molekulare Analysen widersprechen jedoch dieser Verwandtschaftsbeziehung und ordnen die Arthropoda innerhalb der Ecdysozoa ein. Dementsprechend müssten die Übereinstimmungen zwischen Arthropoda und Annelida auf eine konvergente Evolution zurück gehen oder in vielen nahe verwandten Tiergruppen sekundär wieder verloren gegangen sein.

Die Entwicklung der Leibeshöhlen und Nephridien lässt sich detailiert nur mit elektronenmikroskopischen Mitteln aufklären. In einem von der DFG geförderten Projekt untersuchen wir diese Merkmale, um zu prüfen ob ihre Entwicklung tatsächlich die in lichtmikroskopischen Arbeiten vermuteten Ähnlichkeiten aufweist, oder ob es deutliche Unterschiede gibt, die eine getrennte Evolution der Segmentierung unterstützen. An dem Projekt sind beteiligt: Thomas Bartolomaeus, Markus Koch, Georg Mayer.

Abgeschlossene Diplomarbeit zum Thema:

Liesa Rütjes: Ultrastrukturelle Untersuchungen zur Mesodermentwicklung bei Cheliceraten am Beispiel von Pholcus phalangioides

Aktuelle Publikation:

Koch, M., Quast, B., & Bartolomaeus, T. (2014): Coeloms and nephridia in annelids and arthropods. In: Wägele, J. W., Bartolomaeus: Deep Metazoan Phylogeny: The Backbone of the Tree of Life. De Gruyter, Berlin, pp. 173-284 (Verlagsseite)

 

Ultrastruktur der Head Kidneys bei Anneliden

Dendrobaena_duct_cell Die meisten Anneliden entwickeln sich über eine Trochophoralarve, die sie mit weiteren Tiergruppen, den Mollusken und Entoprocta gemeinsam haben. Ein typisches Merkmal dieser Larve sind paarige Nierenorgane, die sogenannten Head Kidneys. Diese sind generell als Protonephridien ausgebildet, dass heißt, sie besitzen eine terminale Filterstruktur an der der Primärharn durch Ultrafiltration gebildet wird. Die Head Kidneys werden während der Metamorphose abgebaut und durch andere Nephridien ersetzt. Da Head Kidneys bei fast allen Tieren mit Trochophoralarve auftreten, sind sie wahrscheinlich zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Evolution der Tiere entstanden und in den einzelnen Abstammungslinien bis heute erhalten geblieben. Andererseits zeigen sie auch variable Merkmalszustände, von denen viele charakteristisch für bestimmte Teiltaxa der Mollusken oder Anneliden sind. Dadurch sind sie gut geeignet, um Verwandtschaftsbeziehungen zwischen übergeordneten Taxa der Anneliden aufzuklären.

Mit elektronenmikroskopischen Methoden untersuchen wir die Struktur der Head Kidneys von verschiedensten Annelidenarten, um sie dann für Verwandtschaftanalysen einsetzen zu können. Zusätzlich werden Immunmarkierungen genutzt um die Entwicklung der Head Kidneys zeitlich nachverfolgen zu können. An dem Projekt sind beteiligt: Chiharu Kato, Janina Lehrke, Thomas Bartolomaeus.

Abgeschlossene Doktorarbeit zum Thema:

Chiharu Kato: Ultrastruktur der Kopfnieren (head kidneys) von sedentären Polychaeten und ihre Bedeutung für die Phylogenie der Annelida (download)

Aktuelle Publikation:

Quast, B. & Bartolomaeus, T. : The reappaerance of ciliary head kidneys in Platynereis - beside the "cutting edge". International Congress of Invertebrate Morphology (ICIM3) 2014, Berlin. abstract

Lehre

Platynereis Rekonstruktion

Methoden

  • Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
  • Rasterelektronenmikroskopie (REM)
  • konfokale Laserscanmikroskopie (CLSM)
  • Histologie
  • 3D Rekonstruktion

Beispiele

  • Imagestack Head kidney von Thalassema thalassemum (96h Larve, TEM) auf MorphDBase
  • Stacks 1, 2, 3 von Platynereis dumerilii 72h Larven, markiert gegen Tubulin, Serotinin und F-actin, auf MorphDBase
  • Imagestack Larve von Platynereis dumerilii (72h, Semidünnschnitte) auf MorphDBase
  • Rekonstruktion Larve von Platynereis dumerilii (72h) aus Semidünnschnittserie auf q-terra.de (benötigt WebGL, lädt langsam)

 

Sonstige Interessen

  • Entwicklung von Software für die Bildbearbeitung und 3D Rekonstruktion
  • Entwicklung eines automatischen Kontrastierers für Ultradünnschnitte in Zusammenarbeit mit Alexander Gruhl
  • Digitales Management von Forschungsdaten
Forschung Lehre Methoden Interessen Software Publikationen

 

 

 

 

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