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Dr. Tom Weihmann

Forschung

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Mein wissenschaftlicher Ansatz ist hochgradig interdisziplinär. Ausgehend von vergleichenden biomechanischen und funktionsmorphologischen Fragestellungen werden dabei so unterschiedliche Disziplinen wie Verhaltensbiologie, Ökologie, Neurobiologie, Physiologie, Phylogenie und Biophysik miteinander verknüpft. Dabei ist mir vor allem wichtig, die Organismen im Kontext der verschiedenen Sinnzusammenhänge zu verstehen. Zum Beispiel warum bestimmte Gruppen wie Insekten - aber auch Vertebraten - so erfolgreich beim Besiedeln terrestrischer Ökosysteme waren und immer noch sind. Das hat viel mit deren Fähigkeiten zur Lokomotion und Nahrungsaufnahme zu tun, also mit den beiden Bewegungssystemen, mit denen ich mich hauptsächlich beschäftige.

Um Fragen zur beingetriebenen Fortbewegung zu beantworten untersuche ich vor allem schnell laufende Arthropoden. Experimentell arbeite ich dabei vorranging mit Spinnen, Ameisen und Schaben. Ich nutze aber auch numerische Modelle um Fragen nachzugehen die experimentell nur schwer zugänglich sind. Methodisch kommen vor allem Hochgeschwindigkeitsvideoaufnahmen, unterschiedliche Substratrauigkeiten und Temperaturregimes zum Einsatz. Ausgewertet werden Bewegungskoordination und Bewegungsdynamik mit Hilfe aktueller Digitalisierungstechnik und selbst geschriebener Programme (MatLab™).

Bei Untersuchungen zur Nahrungsaufnahme konzentriere ich mich auf beißend-kauende Mundwerkzeuge von Insekten wie Schaben, Fangschrecken und verwandten Gruppen. Deren Mundwerkzeuge sind ein Paradebeispiel für die urtümliche Konfiguration des Kauapparates der Insekten und ein relativ einfaches mechanisches System. Funktionelle Vergleiche mit alternativen Beißwerkzeugen, z.B. Scheren, wie man sie bei Krebsen oder Walzenspinnen findet, ermöglichen ein tieferes Verständnis der vielfältigen biologischen Erfordernisse. Das Beißverhalten wird untersucht indem Beißkräfte, die Bewegung der Mundgliedmaßen sowie die Aktivität der Beißmuskulatur (EMG) untersucht werden. Hinzu kommen morphologische (µCT) und histologische Untersuchungen der beteiligten Muskeln. Ergänzt werden die experimentellen Ansätze durch numerische Modelle (MATLAB™) die unter anderem Aussagen zu Muskelkräften und Muskelfunktion erlauben.

Gemeinsam ermöglichen es die experimentellen und numerischen Ansätze, Mechanismen zu extrahieren, die letztendlich auch in der Robotik zum Einsatz kommen können.

Medienberichte

Kooperationspartner

Es bestehen Kooperationen innerhalb der AG Büschges (EMG, Histologie) sowie außerhalb Kölns zum Zoologischen Forschungsmuseum König Bonn (Morphologie, µCT), Universität Stuttgart (Muskelphysiologie, Modellierung), University of Cambridge (Lokomotion auf unterschiedlichen Substraten), LMU München (Modellierung) und zur Universität Greifswald (Vielbeinige Lokomotion von Hundertfüßern).

Publikationen

  • Wipfler, B., F. Triesch, D. Evangelista, T. Weihmann (in revision) Morphological, functional and phylogenetic aspects of the head capsule of the cockroach Ergaula capucina (Insecta / Blattodea)
  • Günther M., R. Rockenfeller, T. Weihmann, D.F.B. Haeufle, T. Götz, S. Schmitt (in revision) Unveiling some rules of nature's Formula Run: muscle mechanics during late stance.
  • Weihmann T. & B. Wipfler (in press) The generalized feeding apparatus of cockroaches – a model for biting and chewing insects. In: Insect Mouthparts - Form, Function, Development and Performance, Editor: Krenn, H.W., Springer, Zoological Monographs
  • Weihmann F., S. Weihmann, T. Weihmann (2019) Conservation genetic analysis of a Central-European range-margin population of the yellow-bellied toad (Bombina v. variegata). Conservation Genetics 20(3), 557-569
  • Weihmann T. (2018) Leg force interference in poly-pedal locomotion. Science Advances 4: eaat3721
  • Weihmann T., PG. Brun, E. Pycroft (2017) Speed dependent phase shifts and gait changes in a fast running cockroach. Frontiers in Biology 14(1)
  • Weihmann F., D. Desimini, J. Gepp, T. Weihmann, W. Lanner (2017) Amphibienschutzanlage „Winzendorf“(L406 bei Pöllau, Steiermark) – Akzeptanzkontrolle 10 Jahre nach Errichtung. Mertensiella 24, 185-196
  • Wipfler B., K. Weißing, K.-D. Klass, T. Weihmann (2016) The cephalic morphology of the American roach Periplaneta americana (Blattodea). Arthropod Systematics & Phylogeny 74(3): 267-297<
  • Weihmann T., L. Reinhardt, K. Weißing, T. Siebert, B. Wipfler: (2015) Fast and powerful: Biomechanics and bite forces of the mandibles in the American cockroach Periplaneta americana. PLoS ONE 10(11)<
  • Weihmann T., T. Kleinteich, S. Gorb, B. Wipfler: (2015) Functional Morphology of the chewing apparatus of the cockroach Periplaneta americana - A model species for generalist omnivore insects. Arthropod Systematics & Phylogeny 73(3)
  • Weihmann T., H.-H. Goetzke, M. Günther (2015) Requirements and limits of anatomy based predictions of the locomotion in terrestrial arthropods. J Paleontol 89(6): 980-990
  • Weihmann T. (2013) Crawling at high speeds: Steady level locomotion in the spider Cupiennius salei -Global kinematics and implications for centre of mass dynamics. PLoS ONE 8(6)
  • Weihmann T., M. Günther, R. Blickhan (2012) Hydraulic leg extension is not necessarily the main drive in large spiders. J. exp. Biol. 215: 578-583
  • Günther M. & T. Weihmann (2012). Climbing in hexapods: A plain model for heavy slopes. J. theor. Biol. 293: 82-86 DOI:10.1016/j.jtbi.2011.10.011
  • Günther M. & T. Weihmann (2011). The load distribution among three legs on the wall - model predictions for cockroaches. Arch. Appl. Mech. 81(9): 1269-87 DOI: 10.1007/s00419-010-0485-9
  • Weihmann T., M. Karner, RJ. Full, R. Blickhan (2010) Jumping kinematics in the wandering spider Cupiennius salei. J. comp. Physiol. A(196): 421-438
  • Weihmann T. and R. Blickhan (2009) Comparing inclined locomotion in a ground-living and a climbing ant species: sagittal plane kinematics. J. comp. Physiol. A 195(11): 1011-1020
  • Siebert T., T. Weihmann, C. Rode, R. Blickhan (2009) Cupiennius salei: Biomechanical properties of the tibia-metatarsus joint and its flexing muscles. J. comp. Physiol. B 180(2): 199-209
  • Reinhardt L., T. Weihmann, R. Blickhan (2009). Dynamics and kinematics of ant-locomotion: do wood ants climb on level surfaces? J. exp. Biol. 212(15):2426-35
  • Blickhan R., S. Petkun S, T. Weihmann & M. Karner(2005) Schnelle Bewegungen bei Arthropoden: Strategien und Mechanismen. Autonomes Laufen, eds Pfeiffer F & Cruse H (Springer, Berlin Heidelberg), pp 19-45.

Lehre

Abschlussarbeiten

In folgenden Bereichen betreue ich Projekte, Labormodule und Abschlussarbeiten:

  • Analysen der Lokomotion schnell laufender Arthropoden (Insekten, Spinnentiere, Asseln, Hundertfüßer). Dabei stehen biomechanische Aspekte, Funktionsmorphologie, Dynamik sowie Kontrolle von Bewegungssystemen im Vordergrund.
  • Untersuchung der Funktionsweise des Kauapparates von Insekten. Hier spielen wiederum Biomechanik, Funktionsmorphologie und Kontrollstrategien eine große Rolle. Dabei werden aber auch muskelphysiologische Parameter untersucht.

Für beide Merkmalskomplexe werden numerische Modelle (MATLAB™) entwickelt um einzelne Aspekte über den experimentellen Ansatz hinaus untersuchen zu können.

Interessierte Studentinnen und Studenten können sich gern bei mir melden (tom.weihmannSpamProtectionuni-koeln.de) oder einfach vorbei kommen (Raum 1.514).