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Röntgen- und Neutronentomographie am knöchernen Innenohr der Bartenwale

  • Tobias Arlt , Frank Wieder , Indira Ritsche , André Hilger , Nikolay Kardjilov , Julia M. Fahlke , Oliver Hampe und Ingo Manke
Veröffentlicht/Copyright: 3. Juli 2018
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Materials Testing
Aus der Zeitschrift Materials Testing Band 60 Heft 2

Kurzfassung

Für die Orientierung in den Tiefen der Ozeane entwickelten Wale und Delphine im Laufe der Evolution ein spezialisiertes Hörorgan für ein breites akustisches Spektrum. Die innere Anatomie des Felsenbeins (Perioticum), insbesondere die Morphologie der Hörschnecke (Cochlea) hat bei Säugetieren einen signifikanten Einfluss auf das Hörvermögen. Mittels Röntgen- und Neutronentomographie wird die knöcherne oder fossilisierte Cochlea verschiedener fossiler Repräsentanten ausgestorbener Bartenwalgruppen (wie der Cetotheriidae) sowie moderner Furchenwale (Balaenopteridae) und Glattwale untersucht, ebenso die eines Urwals und einiger Landwirbeltiere. Morphologische Veränderungen, die für die Entwicklung des niederfrequenten Hörens verantwortlich sein können, sollen so erfasst werden. Unterschiede in der Cochlea-Morphologie werden anhand morphometrischer Parameter, wie der Anzahl der Windungen, der Länge der Cochlea und des Krümmungsverlaufs des Cochleakanals bestimmt. Insbesondere die Röntgentomographie ermöglicht eine hochauflösende Darstellung des knöchernen Innenohrs.

Abstract

During their evolution whales and dolphins developed a highly specialized hearing organ for orientation in their deep sea territory covering a broad acoustic spectrum. The internal anatomy of the periotic bone, especially the morphology of the cochlea, has a significant influence on the hearing capability of mammals. The bony and fossilized cochleae of several fossil representatives of extinct baleen whales (e. g., Cetotheriidae) and modern rorquals (Balaenopteridae) and right whales, as well as cochleae of an archaeocete and some land mammals are investigated by X-ray and neutron tomography in order to record morphological changes that may be responsible for the development of low frequency hearing. Differences in the cochlear morphology have been determined by means of morphometric parameters, such as the number of turns, the length of the cochlea, and the curvature of the cochlear canal. In particular, X-ray tomography enables a high resolution display of the bony inner ear.

*Korrespondenzadresse, Dr. Tobias Arlt, Technische Universität Berlin, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Germany. E-mail:

Dr. rer. nat. Tobias Arlt studierte Physik an der TU Berlin von 2001 bis 2008 und verfasste seine Diplomarbeit über ohmsche Kontakte an Halbleitern. Von 2009 bis 2012 promoviert er am Helmholtz-Zentrum Berlin HZB über bildgebende Verfahren für die Brennstoffzellenforschung und entwickelt seitdem radiografische und tomografische Messmethoden auf dem Gebiet der Röntgenstrahlung.

Dipl.-Ing. Frank Wieder studierte von 2005 bis 2009 Werkstoffwissenschaften an der TU Berlin und am HZB. Dort analysierte er Poren- bzw. Partikelgrößen-Verteilungen von archäologischen Scherben. Von 2010 bis 2015 war er wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU Berlin und seitdem an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung BAM in der Fachgruppe 8.3 „Radiologische Verfahren“.

Indira Ritsche studierte Biologie an der Humboldt-Universität zu Berlin von 2002 bis 2009. Im Rahmen ihrer Diplomarbeit arbeitete sie am Museum für Naturkunde Berlin in Zusammenarbeit mit dem Bachmann-Museum Bremervörde über Morphologie und Hörfähigkeit fossiler Bartenwale mittels Röntgentomographie und morphometrischer Analysen.

Dr.-Ing. André Hilger studierte Physikalische Technik und war nach dem Diplom von 2001 bis 2006 am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) sowie an der Technischen Fachhochschule Berlin tätig. Von 2006 bis 2009 promovierte er auf dem Gebiet der „Tomographie mit spinpolarisierten Neutronen“. Seit 2009 ist er wesentlich an der Entwicklung tomographischer Verfahren mit Neutronen- und Synchrotronstrahlung am HZB beteiligt.

Dr. rer. nat. Nikolay Kardjilov studierte Physik an der St.-Kliment-Ohridski-Universität Sofia, Bulgarien von 1990 bis 1996. Im Rahmen seiner Diplomarbeit arbeitete er am Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research in Dubna, Russia. Dort untersuchte er metastabile Phasen von Bismut in dünnen Schichten. Von 1998 bis 2003 promovierte er an der TU München auf dem Gebiet der bildgebenden Verfahren mit Neutronen und ist seitdem am HZB Instrumenten-Verantwortlicher für die Neutronentomographie.

Dr. rer. nat. Julia M. Fahlke studierte Geologie-Paläontologie an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und der Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. Nach der Promotion 2009 erforschte sie den Kauapparat und die Schädelmorphologie von Urwalen an der University of Michigan, Ann Arbor, USA. Von 2012 bis 2016 untersuchte sie die Entstehung der Schädelasymmetrie und den Zusammenhang von Schädelform und Hörvermögen bei Bartenwalen mit bildgebenden 3D-Verfahren am Museum für Naturkunde Berlin.

PD Dr. Oliver Hampe studierte von 1981 bis 1987 Chemie und Geologie-Paläontologie in Düsseldorf und Mainz. 1991 schloss der Diplom-Geologe seine Promotion an der Johannes Gutenberg Universität Mainz ab. Nach diversen Projektarbeiten, Forschungsstipendien und dreijähriger Beschäftigung in der Industrie begann er 1996 am Museum für Naturkunde seine Tätigkeit als Kurator. 2003 habilitierte er in den Fächern Paläobiologie und Zoologie an der Humboldt Universität zu Berlin. Seine Forschungsschwerpunkte bilden ausgestorbene aquatische Wirbeltiere (Haie, Plesiosaurier, Wale), Paläopathologie und Geoarchäologie.

Dr. rer. nat. Ingo Manke ist Leiter der Fachgruppe „Bildgebende Verfahren“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Er promovierte 2002 in Experimentalphysik auf dem Gebiet der Bildgebung mit Rastersondenverfahren. Seine aktuellen Forschungsfelder sind die Entwicklung von bildgebenden Verfahren basierend auf Röntgenstrahlen, Neutronen und Elektronen sowie deren Anwendungen in der grundlagenorientierten und angewandten Materialforschung.

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Published Online: 2018-07-03
Published in Print: 2018-02-02

© 2018, Carl Hanser Verlag, München

Artikel in diesem Heft

  1. Inhalt/Contents
  2. Contents
  3. Fachbeiträge/Technical Contributions
  4. SteBLife – A new short-time procedure for the calculation of S-N curves and failure probabilities
  5. Surface treatment for effective bonding in the sports industry
  6. Effect of different rotational speeds on mechanical and metallurgical properties of friction welded dissimilar steels
  7. Comparison of titanium and FGM dental implants with different coating types
  8. Weld quality and productivity of AISI 4140 steel welded by unpulsed and pulsed GMAW
  9. Corrosion behavior of Hastelloy® C–4® Ni–Cr–Mo–Fe alloys for coal gasification syngas plants
  10. Application of FactSage® thermodynamic modeling for predicting the ash transformation with temperatures under partial slagging entrained flow coal gasification condition
  11. Röntgen- und Neutronentomographie am knöchernen Innenohr der Bartenwale
  12. Partial repair of thermally sprayed and sealed corrosion protection – Organic coating material or thermal spraying?
  13. Experimental study on solidification of Cu(II)-contaminated soil using red mud with cement and Ca(OH)2
  14. Tribological study of sintered iron based and copper based brake materials by pin-on-disc method
  15. Influence of drilling parameters on temperature and surface roughness of AISI O2 steel
  16. Multi-fractal characteristics of particle size distribution of granular backfilling materials under different loads
  17. Dry sliding behavior of aluminum alloy 8011 with 4 % fly ash
  18. Optimization of the milling parameters for an Al/Si3N4 functionally graded composite using grey relational analysis
https://doi.org/10.3139/120.111129

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  1. Inhalt/Contents
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  3. Fachbeiträge/Technical Contributions
  4. SteBLife – A new short-time procedure for the calculation of S-N curves and failure probabilities
  5. Surface treatment for effective bonding in the sports industry
  6. Effect of different rotational speeds on mechanical and metallurgical properties of friction welded dissimilar steels
  7. Comparison of titanium and FGM dental implants with different coating types
  8. Weld quality and productivity of AISI 4140 steel welded by unpulsed and pulsed GMAW
  9. Corrosion behavior of Hastelloy® C–4® Ni–Cr–Mo–Fe alloys for coal gasification syngas plants
  10. Application of FactSage® thermodynamic modeling for predicting the ash transformation with temperatures under partial slagging entrained flow coal gasification condition
  11. Röntgen- und Neutronentomographie am knöchernen Innenohr der Bartenwale
  12. Partial repair of thermally sprayed and sealed corrosion protection – Organic coating material or thermal spraying?
  13. Experimental study on solidification of Cu(II)-contaminated soil using red mud with cement and Ca(OH)2
  14. Tribological study of sintered iron based and copper based brake materials by pin-on-disc method
  15. Influence of drilling parameters on temperature and surface roughness of AISI O2 steel
  16. Multi-fractal characteristics of particle size distribution of granular backfilling materials under different loads
  17. Dry sliding behavior of aluminum alloy 8011 with 4 % fly ash
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