dc.contributor.author
Ziegler, Alexander
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:48:47Z
dc.date.available
2009-01-02T12:32:18.500Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/9675
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13873
dc.description.abstract
Echinoidea (sea urchins) are a group of benthic marine invertebrates that
belong to the deuterostome taxon Echinodermata. Although extensive data have
been gathered on larval and adult hard-part anatomy of sea urchins, for
several reasons the knowledge of echinoid soft tissue anatomy is still
fragmentary. For example, published works report differences in various taxa
regarding the presence or absence of prominent internal organs such as the
primary siphon, the gastric caecum, or the spongy bodies. The major aim of the
present study was therefore to evaluate the potential of two non-invasive
imaging techniques, namely magnetic resonance imaging (MRI) and micro-computed
tomography (μCT), to visualize, in combination with advanced 3D modeling
protocols, internal structures of sea urchins and to apply these techniques
for large-scale comparative morphological analyses. In order to significantly
extend taxon sampling, valuable specimens from museum collections were
selected to be included in this study. MRI proved to be ideally suited to
depict internal structures of invertebrates non-invasively, especially soft
tissues, at isotropic resolutions well below 100 μm. Due to the simple
specimen preparation as well as straight-forward imaging protocols, a high
specimen throughput could be accomplished. Based on the digital tomographic
datasets, 3D models were assembled in order to visualize selected features of
echinoid soft tissue anatomy. Although imaging of soft tissues was practically
impossible using conventional desktop μCT equipment due to the physical
properties inherent in X-ray technology, this technique was successfully
employed to visualize sea urchin hard-part anatomy at isotropic resolutions
below 20 μm. MRI and μCT can therefore be seen as complementary non-invasive
imaging techniques, especially for echinoderm specimens in which soft- and
hard-part anatomy are equally present. To explore novel ways of communication
and deposition of the acquired datasets as well as 3D models, these were made
publicly available through the Internet and by integrating 3D data into PDF-
based scientific publications. This approach included also the use of data
from a central data repository for protein structures. The axial complex, a
highly specialized organ also found in other echinoderm taxa, was then
selected for an exemplary comparative study involving dozens of sea urchin
species in order to highlight the possibilities offered by non-invasive
imaging techniques combined with dissection, histology, and a reappraisal of
information from published work. The results suggest an architectural
interdependence of the axial complex with various other internal organs
present in sea urchins. Finally, an attempt was made to evaluate the potential
of echinoid soft tissue structures to extend the current list of morphological
characters used for phylogenetic inferences. A set of selected soft tissue
characters was therefore assembled and evaluated for every major sea urchin
taxon. The results provide significant phylogenetic information and open the
prospect for a comprehensive cladistic analysis including hard-part, larval
and molecular characters as well as extensive soft tissue anatomy.
de
dc.description.abstract
Die Echinoidea (Seeigel) sind eine Gruppe von marinen Invertebraten, welche zu
den Echinodermaten (Stachelhäutern), einem Taxon innerhalb der Deuterostomia,
gehört. Obwohl umfassende Daten zur Larval- und Hartteilanatomie vorliegen,
sind die Kenntnisse der Weichteilstrukturen der Seeigel aus verschiedenen
Gründen noch bruchstückhaft. Darauf weisen u.a. gravierende Unterschiede in
der Literatur bezüglich des Vorhandenseins von Strukturen wie beispielsweise
des Siphons, des Caecums oder der Tiedemann’schen Körperchen bei verschiedenen
Seeigeltaxa hin. Das wesentliche Ziel der vorliegenden Studie war die
Ermittlung des Potentials von zwei nicht-invasiven bildgebenden Verfahren,
nämlich der Magnetresonanztomographie (MRT) sowie der Mikro-
Computertomographie (μCT), zur Darstellung von inneren Strukturen der Seeigel
in Kombination mit modernen 3D-Visualisierungstechniken. Eine umfassende
vergleichende Analyse sollte durch die Verwendung von seltenem Museumsmaterial
ermöglicht werden. Für die Darstellung von internen Strukturen bei
Wirbellosen, speziell von Weichteilen, stellte sich die MRT als ein geeignetes
Verfahren heraus, da hier Strukturen bei einer isotropen Auflösung bis weit
unter 100 μm analysiert werden konnten. Aufgrund der relativ einfachen
Vorbereitung des Tiermaterials konnte ein hoher Probendurchsatz realisiert
werden. Anhand der Daten wurden 3D-Modelle zur Visualisierung von ausgewählten
Weichteilmerkmalen erstellt. Die Darstellung von Weichteilen war mit Hilfe der
μCT auf Grund des dort angewandten Röntgenverfahrens nicht möglich. Allerdings
konnten interne Hartteilstrukturen mit einer isotropen Auflösung bis unter 20
μm dargestellt werden, welche die MRT-Daten sinn-voll ergänzten. Dieser Ansatz
ist vor allen Dingen bei Echinodermaten erfolgversprechend, da hier sowohl
Weich- als auch Hartteilstrukturen vorliegen. Um neue Wege bei der
Kommunikation und der Speicherung der Daten zu beschreiten, wurden diese per
Internet öffentlich zugänglich gemacht sowie als interaktive 3D-Modelle direkt
in wissenschaftliche Publikationen eingebettet. Dieser Ansatz beinhaltete auch
die Verwendung von Daten aus einer zentralen Datenbank mit Proteinstrukturen.
Zur Verdeutlichung der Anwendungsmöglichkeiten von nicht-invasiven
bildgebenden Verfahren wurden die erhobenen MRT-Daten zum Axialkomplex, einer
hochspezialisierten Struktur bei Echinodermaten, mit Resultaten aus
histologischen Schnittserien sowie einer umfassenden Literaturrecherche
verknüpft. Die Ergebnisse belegen eine strukturelle Interdependenz des
Axialkomplexes und verschiedener anderer Weichteile bei Seeigeln.
Schlussendlich sollte das Potential der Weichteilstrukturen von Seeigeln zur
Erweiterung der bestehenden morphologischen Datenmatrix untersucht werden.
Eine Auswahl von Weichteilmerkmalen wurde daher eingehend analysiert und für
eine umfassende Anzahl von Seeigeltaxa beschrieben. Die Ergebnisse zeigen die
phylogenetische Relevanz dieser Strukturen und eröffnen die Aussicht auf eine
umfassende kladistische Analyse basierend auf Hartteil-, Larval-, und
molekularen Merkmalen in Kombination mit Weichteilmerkmalen.
de
dc.format.extent
X, 174 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
magnetic resonance imaging
dc.subject
internal anatomy
dc.subject
reconstruction
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::590 Tiere (Zoologie)::593 Wirbellose des Meeres und der Meeresküste
dc.title
Non-invasive imaging and 3D visualization techniques for the study of sea
urchin internal anatomy
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Klaus Hausmann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Thomas Bartolomaeus
dc.date.accepted
2008-12-19
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000006510-1
dc.title.translated
Nicht-invasive bildgebende Verfahren und 3D-Visualisierungstechniken zur
Darstellung der inneren Anatomie von Seeigeln
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000006510
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000004797
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access