Book-lung morphology
Creators: name: Kamenz, Carsten
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Year: 2010
Subjects: subject: Morphologie
subject: Arachnida
subject: Phylogenie
subject: Feinstruktur
subject: Buchlunge
subject: Lamelle
subject: Stigma
subject: Phylogeny
subject: Morphology
subject: fine structure
subject: book lungs
subject: lamella
subject: spiracle
subject: 590 Tiere (Zoologie)
subject: 32 Biologie
subject: WH 7600

description: Die Morphologie der Buchlungen von Arachniden (Arachnida Lamarck, 1801 – Arthropoda, Chelicerata) wurde in der vorliegenden Dissertation einer streng vergleichenden Analyse unterzogen, welche mit Hilfe moderner Methoden eine neue Sicht auf die Phylogenie der Arachniden eröffnet. Aus dem Vergleich mit den potentiellen Schwestergruppen (Xiphosura, Eurypterida) und mit Skorpionsfossilien erweist sich der einmalige Landgang eines gemeinsamen Vorfahrens aller rezent terrestrischen Arachniden. Buchlungen-Daten von 200 rezenten + 2 fossilen Skorpionen, 16 Geißelspinnen (Amblypygi), 17 Geißelskorpionen (Thelyphonida), einem Schizomiden (Schizomida), einem ausgestorbenen Trigonotarbiden (Trigonotarbida) und der Außengruppe, den rezenten Pfeilschwanzkrebsen (Xiphosura), wurden zu einem illustrierten Katalog zusammengestellt. Die unüberschaubare Vielfalt der oft graduell variierenden Strukturen macht die eindeutige Definition der Merkmale und auftretenden Merkmalszustände notwendig. Es wurden folgende 5 Merkmale definiert: (1) die Oberflächen der Atemlamellen, (2) der Lamellenrand, (3) der posteriore Stigmenrand, (4) der anteriore Stigmenrand und (5) die Wand des Atriums. Hierbei tragen die Merkmale 1-3 mit ihrer unerwarteten Fülle innerhalb der Skorpione maßgeblich zur Aufklärung ihrer Verwandtschaftsverhältnisse bei. Ähnliches wird von den Merkmalen 4 und 5 bezogen auf die Uropygi s. lat. vermutet. Ein sechstes Merkmal (Sensillen/Poren) wurde definiert, doch nur vereinzelt erfasst. Raster-Elektronenmikroskopie diente der Erfassung der cuticulären Feinstruktur der Buchlungen. Die Struktur der Buchlungen im Gesamten wurde mittels histologischer Schnittserien und mit auf µCT basierenden 3D-Rekonstruktionen untersucht. Für die Untersuchung von Trigonotarbiden-Fossilien wurde eine Methode entwickelt, die 3D-Rekonstruktion aus Sequenzen von Mikrofotos in unterschiedlichen Fokusebenen generiert.
description: Strict comparative analyses of the morphology of arachnid book lungs (Arachnida Lamarck, 1801 - Arthropoda: Chelicerata) were carried out in the present doctoral thesis using modern methods, resulting in a new perspective on arachnid phylogeny. Comparisons with potential aquatic sistergroups (Xiphosura and/or Eurypterida) and fossil scorpions give rise to the hypothesis of the unique terrestrialization of ancestors, which is common for all arachnids. Data from 200 Recent + 2 extinct scorpions, 16 whip spiders (Amblypygi), 17 whip scorpions (Thely-phonida), 1 schizomid (Schizomida), 1 extinct trigonotarbid (Trigonotarbida) and 1 outgroup - horseshoe crab (Xiphosura) are assembled into an illustrated catalogue of arachnid book lungs. Following the observations of these gradually differing cuticular structures the vast variation of book-lung fine structure across Arachnida requires unequivocal definition of characters and character states. Five characters are defined, which are assigned to distinct homologous book-lung structures: (1) the surface structure of the respiratory lamellae, (2) structure of the distal edges of the lamellae, (3) the posterior edge of the spiracle, (4) the anterior edge of the spiracle and (5) the structure of the wall lining the atrial chamber. Especially the book-lung characters 1-3 contain unexpected information, which helps resolve relationships within Scorpiones to a high degree, and characters 4 and 5 are of considerable importance for Uropygi s. lat. One sixth character (sensilla/pores) is mentioned, but sporadically examined. However, cuticular book-lung fine structure is studied using SEM, the gross morphology is reassessed using histological sectioning and 3D-reconstructions based on µCT. For investigations on trigonotabid fossils a new method yielding 3D-reconstructions from stacks of subsequent focal layers was developed.