Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt

Tertiäre Säugetiere
Forschung

 

Das zentrale Forschungsthema in der Sektion Tertiäre Säugetiere ist die Evolution und Funktionsmorphologie von Säugetierknochen und Zähnen. Untersuchungen von Detailstrukturen fossiler Zahnreste helfen bei der Rekonstruktion von Anpassungsprozessen im Kauapparat. 

Auch die Strukturen des Zahnschmelzes, Dentin (Zahnbein) und der Zahnwurzeln unserer Vorfahren haben sich während der Evolution ständig an die vorhandene Nahrung angepasst. Dabei hat sich die Grundanordnung der Höcker und Becken auf den Zahnoberflächen und der dazugehörige Biss jedoch seit vielen Millionen Jahren nur wenig verändert. Die Nutzung variabler Nahrungsquellen in verschiedenen Lebensräumen führte zu Unterschieden in der Zahnabnutzung.

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Auf unseren Zahnoberflächen entstehen durch das Kauen spezifische Abnutzungsmuster, die so einzigartig sind wie unser Fingerabdruck. Die Muster verraten einiges über unser Kauverhalten, unsere Nahrung und Umwelt. Digitale Zahnmodelle ermöglichen die Analyse unseres Okklusalen Fingerabdruckes.  

 

Paläontologen und Paläoanthropologen in der Sektion versuchen durch die Analyse der Abnutzungserscheinungen auf den Zähnen zu verstehen wie die Nahrung zerkleinert wird und welche spezifischen Muster dabei auf der Zahnoberfläche entstehen um die evolutionären Entwicklungen in den Gebissformen im Kontext mit Umweltveränderungen und der Nahrungszusammensetzung zu interpretieren.

Das Zahn- und Kiefermaterial für die Untersuchungen stammt teilweise aus den eigenen senckenbergischen Sammlungen und aus aktuellen und historischen Geländeprojekten an Fossilfundplätzen in Afrika, Asien und Europa. Seit vielen Jahren sind Mitarbeiter der Sektion Tertiäre Säugetiere an internationalen Grabungsarbeiten beteiligt.

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Die Muster, der auf einer Zahnoberfläche (A) durch Hartteile (z.B. Silikatkörner) erzeugten Striationen und Gruben (B), variieren in Abhängigkeit von ihrer räumlichen Lage und der Zahnschmelzultrastruktur (C).  

 

 

Exploration und Feldarbeiten an Hominidenfundstellen
 

Mitarbeiter der Sektion Tertiäre Säugetiere sind regelmäßig an internationalen Feldforschungsprojekten beteiligt.


TS_Forschung_5An der Hominidenfundstelle Galili in Äthiopien konnten in den letzten 12 Jahren in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. H. Seidler und dem Department für Anthropologie an der Universität Wien mehrere der seltenen Zähne und Knochen von Vormenschen (Australopithecinen) geborgen werden.

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Dazu lieferten mehrere Lokalitäten der Fundregion im südlichen Afar-Dreieck eine umfangreiche Säugtierfauna aus der Zeit vor ca. 3.5 bis 4.5 Millionen Jahren (Publikationen).

                                                                                                                     Expeditionen zur Fossiliensuche in das Afar Dreieck in Äthiopien

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              Ausgraben eines fossilen Elefantenschädels in Äthiopien

 

Bei den Geländekampagnen des Hominid Corridor Research Project (HCRP) in den Urablagerungen am Malawisee im südöstlichen Afrika sind Hominindenreste der Gattungen Homo und Paranthropus gefunden worden (Publikationen). Berühmtheit erlangte die Fundregion durch die Entdeckung des 2.5 Millionen Jahre alten Unterkiefers eines Homo rudolfensis durch ein internationales Team unter der Leitung von Friedemann Schrenk, dem heutigen Leiter der senckenbergischen Sektion Paläoanthropologie im Jahre 1991. Die Geschichte der Entdeckung des Kiefers und weitere Grabungsabenteuer des HCRP sind in dem Buch "Adams Eltern"  von Friedemann Schrenk und Timothy Bromage, erschienen im Verlag C.H. Beck, beschrieben.

 
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                                                 Feldcamp und Grabungsarbeit in den Chiwondo Beds in Malema, Malawi

 

Seit 2001 werden im Sommer die Grabungskampagnen an der klassischen obermiozänen Lokalität Eppelsheim von der Landessammlung für Naturkunde Rheinland-Pfalz und dem Naturhistorischen Museum Mainz mit wissenschaftlicher Unterstützung des Senckenberg Forschungsinstitutes Frankfurt durchgeführt. Die wissenschaftliche Bearbeitung der Funde wird in enger Kooperation mit der Sektion Tertiäre Säugetiere koordiniert.

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Dokumentation von Fossilien und Grabungsstelle Eppelsheim

 

Urrheinablagerungen Dinotheriensande
in Rheinhessen, Rheinland-Pfalz

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Visualisierung und Funktionsanalyse der Kaumechanik - Neue Wege zum Verständnis der mechanischen Nahrungsaufbereitung bei Primaten
 

3D-Oberflächen-Scanningverfahren und digitale Computertomographie ermöglichen es heute die komplizierten Zahnstrukturen sichtbar zu machen und zu vermessen. So können Evolutionshypothesen zur Zahnentwicklung auf eine völlig neue artundweise getestet werden. Im sektionseigenen 3D-Labor in Frankfurt befassen sich Studenten und Doktoranden in mehreren Forschungsprojekten mit der Analyse von Zahnkontakten und dem inneren Aufbau von Zähnen, um die Variabilität der Zahnformen und Diversität der Gebisstypen bei Säugetieren, inklusive unserer Vorfahren, zu vergleichen.

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  Mit Oberflächen Scannern werden im 3D Labor Kiefer und Zähne digitalisiert.

  

Mit einer eigens entwickelten Computermethode, der „Occlusal Fingerprint Analysis“, kurz OFA genannt, werden die Zahnkontaktflächen während des Zubeißens auf den Zahnoberflächen analysiert. So können die individuellen Kontaktmuster zwischen Ober- und Unterkieferzähnen genau bestimmt werden. Kleinste Abweichungen der Zahnposition und der Bewegungsbahn lassen sich prüfen und mit der neuen Methode registrieren. Die für paläontologisch-wissenschaftliche Arbeiten in der Sektion entwickelte Analyse findet bereits in der modernen Zahnmedizin und Zahntechnik Anwendung und unterstützt die  Funktionsdiagnostik des Bisses und die individuelle Patientenversorgung mit funktionsgerechten natürlichen Zahnoberflächen.   

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Mit der Computeranalyse der Zahnkontakte (Occlusal Fingerprint Analysis) wird die genaue räumliche Lage und das Bewegungsmuster der Zähne beim Zubeißen analysiert.

 

Durch die Bewertung der mechanischen Prozesse beim Kauen lassen sich Rückschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften der Nahrung und den Lebensraum der Hominiden ziehen, ein wesentlicher Schritt um unsere Entwicklungsgeschichte zu entschlüsseln. Die genaue Analyse der sogenannten Schlifffacetten und Zahnkontakte beim Zubeißen hilft Details der Zahnfunktion und die mechanischen Nahrungsaufbereitung zwischen den Zahnoberflächen besser zu verstehen. Nur so lassen sich die vielfältigen Zahnabnutzungen auf fossilen Zähnen interpretieren.

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(A-C) Eine Beispielauswertung einer Computerdetektion der Kontaktflächen in dynamischer Okklusion (OFA Software) mit virtuellen Modellen menschlicher Backenzähne verdeutlicht in der Flächennutzungskurve die Unterschiede der Oberflächenkontakte zwischen Laterotrusionsfacetten (blau und gelb) und Mediotrusionsfacetten (grün).
(D) Die 3D-Darstellung der Facetten-Richtungsvektoren im sogenannten dreidimensionalen „Okklusalen Kompass“ der Antagonisten in Kauflächenansicht zeigt die räumliche Lage Schlifffacetten. Je kürzer der Vektor desto steiler ist die Abnutzungsfacette. So kann die Korrelation der Facettenmuster von antagonistischen Zahnkronen visualisiert und die Hauptrichtungen der Kaubewegungen interpretiert werden.

 

Zur Analyse der Kontaktbewegung auf den Zahnoberflächen wurde im Rahmen einer von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell geförderten Forschergruppe (LINK:::::http://www.for771.uni-bonn.de/) im Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt ein Computerprogramm entwickelt. Die „Occlusal Fingerprint Analyser“ (OFA) Software ermöglicht die Simulation und Erfassung von Zahnkontakten während der Kaubewegung mit Hilfe von virtuellen Zahnmodellen. Durch die Berechnung Kollisionen von Ober- und Unterkieferzähnen werden die Kontakte bei der Kieferbewegung aufgezeichnet. Durch die Vermessung der Funktionsbereiche auf den virtuellen Zahnkronen lässt sich der Kauvorgang von verschiedenen Zahnformen beurteilen. So werden in laufenden Projekten der DFG-FOR771 evolutionäre Entwicklungsstadien von Säugetiere und deren ausgestorbenen Vorfahren in ihrer Funktion verglichen. 
 

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 Screenshots der Occlusal Fingerprint Analyser Software

 

OFA LOGO                

Occlusal Fingerprint Analyser -
Ein virtuelles Werkzeug zur Analyse
der Zahnkontakte in Säugetiergebissen

OFA Flyer

 

OFA Idee und Koordination:

PD Dr. Ottmar Kullmer
Senckenberg Forschungsinstitut Frankfurt a. M.
Senckenberganlage 25
60325 Frankfurt a. M.

Programmierung:
ZiLoX IT – Heiko Zimmermann & Stephan Lorsbach GbR
Hauptstraße 60
55595 Wallhausen
ZiLoX

 

 
https://die-welt-baut-ihr-museum.de