P9 - Physics of parasitic arthropods on marine mammals
Arthopod parasites of marine mammals - convergent physical solutions for living on aquatic hosts
Marine mammals are infected by a variety of endo- and ectoparasites which face multiple challenges when having to attach to their host. Arthropod parasites of marine mammals have developed specialized anatomical adaptations, to secure their hold on aquatic hosts, and sophisticated strategies to enable transmission between vagile pelagic and amphibious wildlife. We have chosen three arthropod species that have adapted differently to their marine hosts: seal lice, as hematophagous insects of terrestrial origin and whale lice, as amphipod crustaceans of marine origin, as well as respiratory mites from the airways of seals. All three species have motile larvae that are transmitted during bodily contact of host individuals. Their exoskeleton has evolved by adapting materials and design to survive on gregarious and diving marine mammals. Little is known about biology of marine mammal arthropod parasites, but even less about physical aspects of their life in this challenging environment. Novel approaches are required to provide more insight in structural design and mechanical properties and knowledge on physical principles of their attachment and locomotion. State of the art instrumentation, such as micro-CT, confocal laser scanning microscopy and Cryo-SEM will provide basic knowledge on morphological adaptations of parasites that enable their attachment to hosts during dives, haul-out and how they endure currents and social interactions. The locomotive abilities of the different life cycle stages on various surfaces and developed features of insect, crustacean and arachnid species are compared to understand functional morphology of their locomotory system. Parasites reduce the fitness of their host most obviously at the interface between parasite and host. Whale lice impede healing processes of skin wounds and seal lice are vectors for filarial and viral diseases. We will investigate the host-parasite interface using histopathology of infected tissues to define the structural damage to host tissues. Friction and adhesion forces maintained by the different parasite species are investigated by custom made microforce testing devices. The proposed project will provide knowledge on relationships between structure, material properties and attachment performance of attachment devices in selected arthropod parasite species. Data on their locomotion and recruitment dynamics will be studied for the first time and the results will provide new avenues for development of biologically-inspired surfaces and systems specialized for enhancement or reduction of frictional or adhesive forces. New data on the properties of attachment devices in different ontogenetic stages and their role in the life cycle can potentially reveal interesting veterinary aspects.
Parasitische Arthropoden bei marinen Säugetieren
Marine Säugetiere sind mit Endo- und Ektoparasiten infiziert, die bei der Koevolution mit ihrem Wirt vor vielfältigen Herausforderungen stehen. Parasitische Arthropoden mariner Säugetiere haben ihre Anatomie angepasst und ausgefeilte Strategien entwickelt, um ihre Haftung auf aquatischen Wirten und ihre Übertragung im marinen Milieu zu gewährleisten. In diesem Projekt werden drei Arthropoden untersucht, die sich unterschiedlich an ihre marinen Wirte angepasst haben: Seehundläuse, als blutsaugende Insekten terrestrischen Ursprungs und Walläuse als Krebstiere marinen Ursprungs sowie Atemwegsmilben aus dem Respirationstrakt von Robben. Durch Adaptionen am Material und Design ihres Exoskeletts haben sie sich an die vagile und tauchende Lebensweise der Meeressäuger angepasst. Allerdings weiß man wenig über die physikalischen Aspekte ihres Lebens im marinen Milieu. Neuartige Ansätze sind erforderlich, um mehr Einblick in ihr strukturelles Design und die mechanischen
Eigenschaften sowie die physikalischen Prinzipien ihrer Anhaftung und Fortbewegung zu erhalten. Hochmoderne Instrumente wie Micro-CT, konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und Cryo-REM liefern grundlegende Kenntnisse über morphologische Anpassungen von Parasiten, die ihre Haftung an Wirten bei Tauchgängen und in turbulentem Wasser, sowie in Ruhephasen und während sozialer Interaktionen an Land ermöglichen. Die Beweglichkeit der Larvenstadien auf verschiedenen Oberflächen und die Charakteristika von Insekten-, Krebs- und Spinnentierarten werden verglichen, um die physikalischen Prinzipien ihres Bewegungsapparates zu verstehen. Parasiten verringern die Fitness ihres Wirts am offensichtlichsten an der Schnittstelle zwischen Parasit und Wirt. Walläuse behindern Heilungsprozesse von Hautwunden und Seehundläuse sind Überträger für Filarien- und Viruserkrankungen. Die Wirt-Parasit-Schnittstelle wird anhand von histopathologischen Untersuchungen der infizierten Gewebe untersucht, um die strukturelle Schädigung des Wirtsgewebes zu definieren. Die Reibungs- und Adhäsionskräfte, die von den verschiedenen Parasitenarten ausgehen, werden mit maßgeschneiderten Mikrokraft-Testgeräten untersucht. Das vorgeschlagene Projekt wird Kenntnisse über die Beziehungen zwischen Struktur, Materialeigenschaften und Befestigungsleistung der ausgewählten Parasitenspezies liefern. Daten zu ihrer Fortbewegung und Rekrutierungsdynamik werden zum ersten Mal untersucht und die Ergebnisse werden möglicherweise neue Wege für die Entwicklung biologisch inspirierter Oberflächen und Systeme eröffnen, die auf die Verbesserung oder Reduzierung von Reibungs- oder Haftkräften spezialisiert sind. Neue Daten zu den Eigenschaften von Zwischenstadien und ihrer Rolle im Lebenszyklus werden veterinärmedizinische Aspekte aufzeigen.
