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Der erste Beinbruch

Von / 14. Mai 2015 / 8 Kommentare / Seite 2 von 2 / Auf einer Seite lesen
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ossinodus5

Aus Bishop et al., s.u.

Eine solche Kraft entsteht typischerweise bei einem Fall an Land – im Wasser bekommt man solche Kräfte nicht hin. Entsprechend kann man schlussfolgern, dass Ossinodus tatsächlich an Land lebte. Schätzt man noch die Fallhöhe ab, so kommt man auf einen Wert zwischen etwa 80cm und etwas mehr als einem Meter.

Die Vermutung liegt also nahe, dass der Ossinodus eines Tages auf einem Baumstamm oder Felsen herumkletterte (das ist nicht so unplausibel, wie ihr vielleicht denkt – selbst Krokodile klettern ja gern auf Bäume), dort abrutschte und dann in die Tiefe stürzte, wo er sich das Vorderbein brach. Immerhin überlebte er den Sturz, so dass der Knochen wieder heilen konnte. Für das arme Tier war das sicher keine schöne Erfahrung, aber uns gibt dieser Sturz einen einmaligen Einblick in die Lebensgewohnheiten eines Tieres, das vor über 330 Millionen Jahren eines der ersten Landwirbeltiere war.

                     

Bishop, P. J., Walmsley, C. W., Phillips, M. J., Quayle, M. R., Boisvert, C. A., & McHenry, C. R. (2015). Oldest Pathology in a Tetrapod Bone Illuminates the Origin of Terrestrial Vertebrates. PLOS One, doi:10.1371/journal.pone.0125723

 

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Kommentare (8)

  1. #1 JoJo
    15. Mai 2015

    Und die hatten nur einen Unterarmknochen?

  2. #2 MartinB
    15. Mai 2015

    @JoJo
    Äh, nein, die hatten Elle und Speiche, wie wir auch. Das hier ist der Radius-Knochen (die Speiche).
    Habe leider kein Ossinodus-Skelett-Bild parat, kan von daher nicht sagen, wie dick die Elle im Vergleich war.

  3. #3 Artur57
    Mannheim
    22. Mai 2015

    Warum haben wir eigentlich Geflechtknochen? Warum sind Knochen nicht massiv? Grund wird sein, dass die Natur zum Leichtbau gezwungen ist und überflüssiges Material einfach weg lässt. Bei Kindern ist der Knochen tatsächlich massiv, aber was entscheidet dann, was weg kommt und was bleiben darf? Sehr tricky wäre, wenn das wirklich anhand tatsächlicher Belastungen entschieden würde. Also Kinder klettern und springen vom Tisch, damit Belastung auf die Knochen kommt und somit feststeht, welche tragenden Teile gebraucht werden und welche nicht. Das Beispiel eines “lernenden Knochens” haben wir ja auch beim Ossinodus. Die gebrochene Stelle war dann stärker ausgebildet und er hat, denke ich mal, etwas von diesem Vorfall an seine Nachkommen vererbt.

    Die Krönung wäre natürlich, wenn Ähnliches im Maschinenbau möglich wäre. Lernende Materialien, die ihre Festigkeit anhand realer Belastungen optimieren. Die Erwartungen sind astronomisch, wie immer. Und Martin säße ja am richtigen Platz.

  4. #4 MartinB
    23. Mai 2015

    @Artur57
    Erst mal vorsicht: Der Knochen, den wir normalerweise haben, ist kein Geflechtknochen, sondern lamellarer Knochen. Geflechtknochen bildet sich nur beim Wachstum.
    https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2012/02/25/wie-knochen-wachst-und-sich-umbaut/
    Die poröse Knochenstruktur, die du vermutlich meinst,ist spongiöser Knochen. Den findet man vor allem unter Gelenken (wo die sich aufweiten, weil der Gelenkknorpel nicht so hohe Lasten abkann) und im Inneren von Röhrenknochen oder Wirbeln, weil die auf Biegung belastet werden und dicht an der Mittelachse die Spannungen klein sind.

    Bei Kindern wächst zunächst lamellarer Knochen – der ist aber auch nicht massiver als bei Erwachsenen. Ein wichtiger Unterschied ist der geringere Anteil an Keramik, deswegen sind Kinderknochen weniger spröde (aber auch weniger steif).
    Wenn der Knochen im Laufe des Lebens umgebaut wird, dann wird dabei tatsächlich an die Belastung angepasst – vor allem, indem die Mikrostruktur passend ausgerichtet wird – bei zugbelastetem Knochen hat man Kollagenfasern in Längsrichtung, bei druckbelastetem in Querrichtung. Die genaue Steuerung des Prozesses ist aber nicht in allen Einzelheiten verstanden.

    “Die gebrochene Stelle war dann stärker ausgebildet und er hat, denke ich mal, etwas von diesem Vorfall an seine Nachkommen vererbt.”
    Die gebrochene Stelle ist nur deswegen stärker ausgebildet, weil sich hier der mechanisch schlechtere Geflechtknochen gebildet hat, davon braucht man dann halt mehr. Wenn der Ossinodus länger gelebt hätte, dass hätte der den Geflechtknochen sicherlich wieder zu normalem Knochen umgebaut und der Kallus wäre geschrumpft. Direkt vererbt wird so etwas natürlich nicht, dafür gibt es keinen Mechanismus.

    Ansätze, sowas auf die Ingenieurwissenschaft zu übertragen, gibt es schon lange – es gibt sogar Optimierungswerkzeuge, die genau so etwas tun, allerdings im Rechner, nicht im Betrieb des Materials (meistens weiß man ja auch, welche Belastungen zu erwarten sind).

  5. #5 Artur57
    24. Mai 2015

    Ja, da war mein Beitrag wohl etwas unterkomplex. Indes der “lernende Knochen” ist offenbar nicht nur eine diskutable These, sondern weitgehend erwiesen. Das überrascht mich etwas, denn dieser wirklich interessante Aspekt wird sonst nirgends erwähnt.

    Richtig, im Maschinenbau sind zu erwartende Belastungen üblicherweise bekannt. Aber man will ja derzeit einen Schritt ins Freie tun, beziehungsweise sollen autonome Roboter sich dorthin begeben. Diese würden sich dann in unbekanntem Gelände bewegen und das Belastungsprofil wäre unbekannt. Aber sehr wichtig, denn diese Roboter müssen auf Energieeffizienz optimiert werden, da sie nicht über eine verlässliche Energiequelle verfügen. Leichtbau ist da ein Muss und von daher wäre es nicht erstaunlich, wenn der lernende Knochen auch im Maschinenbau ein Thema würde.

    Nebenbei: das Belastungsprofil von Autokarosserien ist zwar bekannt, aber es fragt sich, ob die auffangende Struktur nicht leichter gebaut werden kann. Bauteile, die innen eine Knochenstruktur haben, wären dazu vielleicht in der Lage. Mit 3D-Druckern ist man nun erstmals an einem Punkt, an dem man das ernsthaft in Erwägung ziehen kann.

  6. #6 MartinB
    24. Mai 2015

    @Artur57
    “Das überrascht mich etwas, denn dieser wirklich interessante Aspekt wird sonst nirgends erwähnt. ”
    Doch, das steht eigentlic in vielen Büchern zur Biomechanik.

    “Mit 3D-Druckern ist man nun erstmals an einem Punkt, an dem man das ernsthaft in Erwägung ziehen kann.”
    So ist es – habe gerade einen Vortrag auf ner Konferenz gehört, wo genau dafür ein Beispiel gezeigt wurde – ein Träger, den man jetzt wesentlich leichter machen kann, weil er eine komplexe optimierte 3D-Struktur hat. Wird allerdings nicht für Großserien wie Autos oder so gehen, da wird das auf absehbare Zeit wohl noch zu teuer sein.

  7. #7 Anon
    6. Juni 2015

    @Artur57
    “Nebenbei: das Belastungsprofil von Autokarosserien ist zwar bekannt, aber es fragt sich, ob die auffangende Struktur nicht leichter gebaut werden kann. Bauteile, die innen eine Knochenstruktur haben, wären dazu vielleicht in der Lage.”
    So etwas ähnliches gibt es schon. Zwar keine Knochenstruktur, aber Metallschäume wurden zu diesem Zweck intensiv erforscht und werden soweit ich weiß bereits bei Audi als Crashabsorber verwendet.

    @MartinB
    “Wird allerdings nicht für Großserien wie Autos oder so gehen, da wird das auf absehbare Zeit wohl noch zu teuer sein.”
    Ich denke, ein noch größeres Hindernis wird die Fertigungsgeschwindigkeit sein. Additive Fertigungsverfahren sind meines Wissens nach alle zu langsam, um effizient Großserien produzieren zu können. Für Kleinserien und Prototypenbau aber durchaus interessant.

  8. #8 MartinB
    6. Juni 2015

    @Anon
    Stimmt, mit Metallschäumen arbeitet man schon lange – wobei die meines Wissens Polymerstrukturen nicht wirklich überlegen snd.

    Was die Geschwindigkeit angeht – das geht ja mit dem Preis Hand in Hand.