Spinner, Marlene: Funktionelle Mikroornamentation der Squamata (Reptilia). - Bonn, 2013. - Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.
Online-Ausgabe in bonndoc: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-31614
@phdthesis{handle:20.500.11811/5652,
urn: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-31614,
author = {{Marlene Spinner}},
title = {Funktionelle Mikroornamentation der Squamata (Reptilia)},
school = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn},
year = 2013,
month = mar,

note = {Die Schuppen der Schuppenkriechtiere (Squamata, Reptilia) weisen an ihren Oberflächen Mikrostrukturen auf, die sogenannte Mikroornamentation. In dieser Arbeit wurde die Mikroornamentation von Lokomotions- und Tarnungsspezialisten unter den Squamata morphologisch und funktionell untersucht und in Hinblick auf ihr Potential für technische Anwendungen diskutiert.
Jemenchamäleons (Chamaeleo calyptratus) besitzen an den Unterseiten ihrer Füße (subdigital) und Schwänze mikroskopische haarförmige Mikrostrukturen (Setae) mit flexiblen haarförmigen Spitzen. In dieser Arbeit wurde erstmals die reibungsmaximierende Funktion der subdigitalen Mikroornamentation von Ch. calyptratus nachgewiesen. Reibungsmessungen an der subdigitalen Epidermis lebender Tiere zeigten, dass die Subdigitalstrukturen von Ch. calyptratus die Haft- und Gleitreibungskraft gegenüber den dornförmigen Strukturen der übrigen Hautpartien des Körpers um bis zu 90 % erhöhen. Eine maximale Reibung wurde auf Oberflächen mit Strukturen von 1 μm gemessen. Auf Glasoberflächen wurde die Haft- und Gleitreibungskraft durch die Setae nur geringfügig maximiert. Die Subdigitalsysteme der Gekkonidae, Scincidae, und Polychrotidae erzeugen dagegen hohe Reibung auf glatten Oberflächen, jedoch nicht auf feinen Strukturen (0,3 und 1 μm). Es ist anzunehmen, dass die unterschiedlichen Reibeigenschaften der Subdigitalsysteme durch die Form der Mikrostrukturen bedingt werden. Die haarförmigen und flexiblen Setaspitzen der Chamäleons erlauben der subdigitalen Epidermis mit fein strukturierten Untergründen große Kontaktflächen zu bilden. Bewegungsstudien mit Ch. calyptratus belegten, dass das Subdigitalsystem von Chamäleons nicht als ausschließliches Haftsystem eingesetzt wird, sondern vielmehr eine Ergänzung zu den Krallen und zum Andruck der Greifhände der Tiere darstellt. Damit handelt es sich bei dem Subdigitalsystem der Chamäleons um ein Alternativsystem zu den auf Scherkräften basierenden und für glatte Flächen konzipierten geckoinspirierten Adhäsiven.
Lokomotion ohne den Einsatz von Gliedmaßen erfordert besondere Anpassungen der ventralen Epidermis. Bauchschuppen (Ventralia) von Schlangen weisen auf den Oberflächen Mikrostrukturen auf, welche die Reibeigenschaften optimieren. In dieser Arbeit wurden die ventralen Oberflächenstrukturen von zwei weiteren Reptilienfamilien mit reduzierten Gliedmaßen untersucht. Die Flossenfüßer (Pygopodidae) stellen eine basale Gruppe der Geckoartigen (Gekkota) dar. Bei beiden untersuchten Flossenfußarten, Lialis jicari (Neuguinea-Flossenfuß) und Lialis burtonis (Burtons Spitzkopf-Flossenfuß), wurden mikroskopische Rippen auf den Ventralia entdeckt. Die konvergente Evolution dieser Strukturen in Schlangen und Pygopodiden belegt ihre Bedeutung für die Lokomotion ohne den Einsatz von Gliedmaßen. Durch die Rippen werden in Abhängigkeit von der Richtung unterschiedliche Reibeigenschaften erzeugt (Reibungsanisotropie), wodurch die optimalen Reibeigenschaften für Antrieb und Lokomotion miteinander vereinbart werden. Bei L. jicari wurden neben diesen Strukturen auf der dorsalen Region des Kopfes dornförmige Strukturen (Spines) entdeckt. Kontaktwinkelmessungen zeigten, dass die Haut durch diese Oberflächenstrukturen extrem wasserabweisende Eigenschaften erhält (Superhydrophobie). Bei Pseudopus apodus, dem Scheltopusik (Anguidae), wurde hingegen keine ausgeprägte Mikrostrukturierung auf den Ventralia entdeckt. Allerdings weisen die Ventralia am Schwanz dieser Art Kiele auf, welche Rippen entlang der Longitudinalachse des Körpers bilden. In Messungen konnten für diese Strukturen auf rauen Oberflächen anisotrope Reibeigenschaften nachgewiesen werden. Eine solche Reibungsanisotropie ist besonders für die zwei am häufigsten genutzten Lokomotionsformen von P. apodus, die undulierende Lokomotion und das Gleitschieben, vorteilhaft.
B. rhinoceros (die Westafrikanische Gabunviper) und viele andere Vipernarten besitzen auf dem Rücken eine auffällige geometrische schwarze Zeichnung. In dieser Arbeit wurde die dorsale Mikroornamentation und die optischen Eigenschaften der dunklen Hautpartien untersucht. Die dunklen Schuppenoberflächen von Bitis rhinoceros besitzen hierarchische Oberflächenstrukturen, die aus blattförmigen Mikrostrukturen bestehen, welche von Nanorippen bedeckt sind. In Kombination mit ihren lichtabsorbierenden Materialeigenschaften weisen diese Strukturen in alle Richtungen antireflektive Eigenschaften auf. In Vergleichen zu antireflektiven technischen Oberflächen sind die Strukturen der Schlange im Bereich ultraschwarzer Oberflächen einzuordnen. Die hierarchischen Strukturen besitzen darüber hinaus wasserabweisende und selbstreinigende Eigenschaften. Ähnliche Mikrostrukturen wurden auch auf den schwarzgefärbten Hautregionen weiterer Vipernarten der Gattung Bitis, Porthidium und Daboia entdeckt. In der Gattung Bitis scheint der Ausprägungsgrad dieser Strukturen mit der Intensität der dunklen Färbung zu korrelieren.},

url = {http://hdl.handle.net/20.500.11811/5652}
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