Die Klauen und ihre ökologische Relevanz bei Arthropoden

Krallen sind meist spitze gebogene Strukturen an den Enden der Beine und kommen bei einer Vielzahl von Tierarten vor, wie zum Beispiel bei Insekten, Spinnen, Echsen, Katzen, Vögeln etc. Sie werden vielfältig eingesetzt: zum Klettern, zum Graben, für den Beutefang oder zum Kämpfen. Trotz ihres weitreichenden Vorkommens und der vielen Funktionen, die sie erfüllen können, weiß man eigentlich recht wenig darüber, welche Faktoren ihre Form und ihre Größe beeinflussen. Studien an Vögeln, Echsen und auch Dinosauriern haben gezeigt, dass die Krümmung der Krallen vermutlich von der Lebensweise des Tieres abhängt, z.B. haben baumlebende Tiere stärker gekrümmte Krallen als bodenlebende Tiere. Eine kürzlich durchgeführte Studie an küstenlebenden Milben hat sogar gezeigt, dass die Form und Stärke der Krallen stark mit der Beschaffenheit des Untergrundes zusammenhängen, auf dem die Milben vorkommen. Milben sind äußerst kleine Spinnentiere die in jedem Lebensraum zu finden sind und somit auch auf einer Vielzahl von verschiedenen Untergrundtypen leben. Dadurch eignen sie sich ideal um Zusammenhänge zwischen Krallengestaltung und Lebensweise der Tiere zu untersuchen. In diesem Projekt wollen wir mit unterschiedlichen Methoden herausfinden ob die Krallen stark von der Lebensart eines Tieres geprägt werden und wenn ja, wie dieser Zusammenhang genau aussieht. Zu diesem Zwecke werden wir zuerst die Krallen einer Vielzahl von Milben aus unterschiedlichen Lebensräumen untersuchen und daraus ableiten ob die Krallenform tatsächlich stark von der Lebensweise abhängt. In einem zweiten Schritt werden wir Tests mit lebenden Milben durchführen, um zu sehen ob die Leistung der Tiere mit ihrer Krallenform zusammenhängt, z.B. könnten Tiere mit stärker gekrümmten Krallen sich besser festhalten oder schneller laufen. In einem weiteren Schritt werden wir die Krallen der Tiere aus verschiedenen Lebensräumen fotografieren und daraus 3D-Modelle erstellen. Diese Modelle werden dann mit einem Programm einem Stresstest unterzogen, d.h. unterschiedliche virtuelle Kräfte wirken auf das Modell und dabei wird abgeleitet, wann und wie die Krallen brechen würden. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sind vermutlich auf viele andere Tiergruppen anwendbar, da ja viele Tiere Krallen besitzen und in denselben Lebensräumen vorkommen. Darüber hinaus könnten die Resultate wichtige Grundlagen für die Bionik darstellen, also für die Forschung, die biologische Strukturen in der Technik anwendet. Es werden zum Beispiel Roboter entwickelt, die Wände erklimmen oder in Hohlräume in Katastrophengebieten vordringen sollen. Die Natur könnte hier gute Vorbilder für krallenartigen Strukturen liefern, mithilfe derer sich die Roboter ideal fortbewegen und festhalten könnten.

Gliedertiere, wie Insekten oder Spinnen, besitzen an den Enden ihrer Beine Krallen um sich bei der Fortbewegung am Untergrund festzuhalten. In diesem Projekt wurden die Merkmale dieser Krallen in der Gruppe der Hornmilben im Bezug auf ihre Lebensräume untersucht. Hornmilben sind kleinste Spinnentiere die vorwiegend im Boden leben und dort eine wichtige Rolle bei der Zersetzung und dem Nährstoffkreislauf spielen. An den Küsten können sie im Gezeitenbereich vorkommen, wo sie der täglichen Überschwemmung durch die Flut und starken Wellenbewegungen ausgesetzt sind. Hier hat sich gezeigt, dass Tiere die stark exponiert sind und auf felsigem Untergrund leben, stärker gekrümmte und robustere Krallen besitzen als Tiere die auf weicherem Untergrund leben, wie z.B. Mangrovenwurzeln. Beim Vergleich mit Milben aus typisch terrestrischen Habitaten, wie z.B. Wäldern oder Wiesen, konnte nachgewiesen werden, dass die Milben von der Küste, verhältnismäßig größere Krallen besitzen. An der Küste ist es für die Milben überlebenswichtig sich am Untergrund festzuhalten, denn werden sie mit den Wellen fortgeschwemmt bedeutet das in den meisten Fällen ihr Lebensende. Dieser sogenannte 'evolutionäre Druck' ist so stark, dass sogar die jungen Tiere bereits die optimale Krallenformen aufweisen, je nach dem Untergrund auf dem sie leben. Verwandte Arten sehen sich grundsätzlich sehr ähnlich, das betrifft aber nicht die Krallen wenn die nahverwandten Arten in unterschiedlichen Lebensräumen, wie z.B. felsigen Klippen oder Mangrovenwäldern, leben. Abseits der Küsten, in den terrestrischen Lebensräumen, ist die Krallenform nicht so stark vom Untergrund abhängig, dennoch zeigen über vierzig untersuchte Milbenarten sehr stark unterschiedlich ausgeprägte Krallen. Anheftung an den Untergrund ist hier nicht unbedingt überlebensnotwendig und die Krallen werden auch für andere Aktivitäten, wie schnelles Laufen, Graben oder Klettern genutzt. Arten die auf Bäume leben und die meiste Zeit senkrecht klettern haben stark gebogene aber auch stumpfere Krallen, Arten die schnell über den Boden laufen haben hingegen schlanke und sehr spitze Krallen. Ebenso konnte auch gezeigt werden, dass die Krallenform sich in der Entwicklung eines Tieres verändern kann. Wenn das Tier beim Übergang vom Jugendstadium in das erwachsene Tier seine Lebensstrategie ändert, also wenn die Jugendstadien andere Lebensräume oder Lebensgewohnheiten als die Erwachsenen zeigen, dann ändert sich auch die Krallenform. Die Ergebnisse aus diesem Projekt könnten von Bedeutung für die Bionik sein, denn die Natur hat die Krallenformen ideal an ihre Umwelt und an ihre jeweilige Aktivität angepasst. Maschinen oder Roboter, die krallenähnliche Strukturen benötigen, könnten so von vornherein mit den perfekten Krallen ausgestattet werden ohne langwierige Testphasen zu durchlaufen.