Nuovo atlante anatomico in 3D della rana africana artigliata aumenta la comprensione dei processi di sviluppo e metamorfosi.

16 luglio 2024

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da GigaScience

Un atlante anatomico in 3D dell'organismo modello Xenopus laevis (la rana africana) è ora disponibile per aiutare i ricercatori a comprendere lo sviluppo embrionale e la metamorfosi. Il processo intrigante attraverso il quale un girino si trasforma in una rana adulta.

La mancanza di disponibilità di questo tipo di dati ha limitato notevolmente la capacità di valutare e comprendere questi processi complessi. Per aumentare l'accesso e l'interattività per i ricercatori, gli educatori scientifici e persino gli appassionati di stampa 3D, questi dati sono stati convertiti in file digitali incorporabili e liberamente disponibili per la visualizzazione in 3D con Sketchfab e come file di stampa 3D disponibili su Thingiverse. Questo lavoro, insieme a tutti i dati disponibili, è stato pubblicato sulla rivista GigaScience.

La rana africana (Xenopus laevis) è diventata un organismo modello vertebrato ben compreso e versatile per studi in biologia dello sviluppo e altre discipline grazie alla disponibilità di molteplici tipi di dati, dai fondamentali esperimenti di trapianto per la biologia dell'embrione nel primo ventesimo secolo agli esperimenti odierni che utilizzano tecnologie di sequenziamento genomico di alta qualità.

Questa rana facile da allevare è particolarmente adatta per studi sulla riorganizzazione del piano corporeo durante i grandi cambiamenti che avvengono quando il girino si trasforma in una rana adulta, un processo chiamato metamorfosi. Tuttavia, per fare progressi nella comprensione di questi processi, c'è un grande bisogno di un tipo aggiuntivo di dati.

Il dott. Jakub Harnos dell'Università Masaryk (Repubblica Ceca), capo scienziato dello studio, spiega che 'esiste una notevole lacuna nella disponibilità di set di dati completi che includono le fasi di sviluppo tardive di Xenopus'.

Per colmare questa lacuna, il team di ricercatori fornisce ora questi dati mancanti. Gli autori hanno utilizzato la microtomografia a raggi X, una tecnica di imaging in 3D, per creare un atlante anatomico per descrivere in modo più accurato le multiple fasi di sviluppo di X. laevis. Utilizzando un'analisi dettagliata delle loro ricostruzioni in 3D alle varie fasi di sviluppo, gli autori hanno potuto individuare i cambiamenti chiave che si verificano durante le trasformazioni anatomiche alle fasi che vanno dal girino al ranocchio fino all'adulto maturo.

Un esempio significativo dei cambiamenti di forma che possono essere monitorati in dettaglio con questi nuovi dati ad alta risoluzione è l'adattamento della posizione degli occhi in sviluppo della rana e il momento esatto di questo spostamento. Con lo sviluppo progressivo, la distanza tra gli occhi diminuisce progressivamente.

'Questo adattamento si allinea bene con la strategia di vita della rana, passando da un girino che vive in acqua con occhi laterali a un adulto con occhi posizionati sulla sommità della testa per uno stile di vita sommerso, simile ai crocodyli,' notano gli autori.

Anche l'intestino della rana subisce una significativa rimodellazione durante la metamorfosi. In un periodo di 8 giorni, l'intestino si accorcia di circa il 75%, e il motivo di avvolgimento cambia drasticamente. Questo processo, difficile da studiare con altri metodi, può essere seguito nei minimi dettagli dalla microtomografia a raggi X prodotta dai ricercatori.

Altri fatti anatomici presentati ad alta risoluzione spaziale e temporale dal nuovo atlante anatomico in 3D mostrano le differenze tra le rane maschio e femmina (le femmine risultano più grandi, in generale) e la posizione molto sottile dei denti di X. laevis, che sono nascosti dietro l'arco mascellare.

'Il nostro studio fornisce tutti i dati della microtomografia a raggi X apertamente, consentendo ad altri ricercatori di investigare sia i tessuti molli che duri in dettaglio senza precedenti in questo modello vertebrato chiave,' sottolinea il dott. Harnos.

Per consentire agli scienziati, agli educatori e alla comunità della stampa 3D di accedere facilmente a modelli stampabili, una collezione di 40 modelli in 3D a superficie da l'atlante anatomico di Xenopus laevis è disponibile sulla piattaforma di progettazione Thingiverse. I modelli digitali incorporabili possono anche essere scaricati dal sito web di Sketchfab e visualizzati nell'articolo di ricerca.

Ulteriori informazioni: Jakub Harnos et al, Svelare le dinamiche dello sviluppo dei vertebrati nella rana Xenopus laevis utilizzando l'Imaging Micro-CT, GigaScience (2024). DOI: 10.1093/gigascience/giae037

Informazioni sulla rivista: GigaScience

Fornito da: GigaScience