Nieuwe 3D anatomische atlas van de Afrikaanse klauwkikker verhoogt begrip van ontwikkelings- en metamorfoseprocessen.

16 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en de beleidsregels van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• feiten gecheckt
• peer-reviewed publicatie
• gecorrigeerd

door GigaScience

Een 3D anatomische atlas van het modelorganisme Xenopus laevis (de Afrikaanse klauwkikker) is nu beschikbaar om onderzoekers te helpen bij het begrijpen van de embryonale ontwikkeling en metamorfose - het intrigerende proces waarbij een kikkervisje verandert in een volwassen kikker.

Het ontbreken van dit soort gegevens heeft de mogelijkheid om deze complexe processen te beoordelen en te begrijpen aanzienlijk beperkt. Om de toegang en interactiviteit voor onderzoekers, wetenschapseducatoren en zelfs 3D-printliefhebbers te vergroten, zijn deze gegevens omgezet in vrij beschikbare in te sluiten digitale bestanden voor 3D-weergave met Sketchfab en als 3D-printbestanden beschikbaar op Thingiverse. Dit werk, samen met alle beschikbare gegevens, is gepubliceerd in het tijdschrift GigaScience.

De Afrikaanse klauwkikker (Xenopus laevis) is een goed begrepen en veelzijdig gewerveld modelorganisme voor studies in de ontwikkelingsbiologie en andere disciplines, vanwege de beschikbaarheid van verschillende soorten gegevens, van basis transplantatie-experimenten voor het vakgebied embryologie in het begin van de twintigste eeuw tot hedendaagse experimenten met behulp van hoogwaardige genoomsequencingtechnologie.

Deze gemakkelijk te kweken kikker is bijzonder geschikt voor studies van de herstructurering van het lichaamsplan tijdens de grote veranderingen die plaatsvinden wanneer het kikkervisje verandert in een volwassen kikker, een proces dat metamorfose wordt genoemd. Om echter verder te gaan met het verkrijgen van een groter begrip van deze processen, is er een grote behoefte aan een aanvullend type gegevens.

Dr. Jakub Harnos van de Masaryk Universiteit (Tsjechië), een hoofdonderzoeker van de studie, legt uit dat 'een opvallende lacune bestaat in de beschikbaarheid van uitgebreide datasets die de late ontwikkelingsfasen van Xenopus omvatten.'

Om deze leemte te vullen, verstrekken de onderzoeksteams nu deze ontbrekende gegevens. De auteurs gebruikten X-ray microtomografie, een 3D-beeldvormingstechniek, om een anatomische atlas te creëren om de meerdere stadia van de ontwikkeling van X. laevis nauwkeuriger te beschrijven. Door gedetailleerde analyse van hun 3D-reconstructies in de verschillende ontwikkelingsstadia konden de auteurs veranderingen identificeren die optreden tijdens de anatomische transformaties in de stadia van kikkervisje naar kikkerjong naar volwassen kikker.

Een treffend voorbeeld van de vormveranderingen die met dit nieuwe hoogwaardige gegevens in grote details kunnen worden gevolgd, is de aanpassing van de positie van de ontwikkelende ogen van de kikker, met vermelding van het precieze tijdstip van deze verandering. Naarmate de ontwikkeling vordert, neemt de afstand tussen de ogen progressief af.

'Deze aanpassing sluit goed aan bij de levensstrategie van de kikker, waarbij deze overgaat van een waterbewonend kikkervisje met laterale ogen naar een volwassene met ogen die boven op het hoofd zijn gepositioneerd voor een ondergedompelde levensstijl, vergelijkbaar met krokodillen,' merken de auteurs op.

Ook ondergaat de darm van de kikker aanzienlijke herstructurering tijdens de metamorfose. Gedurende een periode van 8 dagen verkort de darm met ongeveer 75%, en het krulpatroon verandert drastisch. Dit proces, dat moeilijk te bestuderen is met andere methoden, kan in detail worden gevolgd door de door de onderzoekers geproduceerde X-ray microtomografie.

Andere anatomische feiten die worden getoond in hoge ruimtelijke en tijdelijke resolutie in de nieuwe 3D-atlas zijn onder andere het verschil tussen mannelijke en vrouwelijke kikkers (vrouwtjes worden over het algemeen groter) en de zeer subtiele positionering van de tanden van X. laevis, die zich achter de maxillaire boog bevinden.

'Onze studie biedt alle X-ray microtomography-gegevens openlijk aan, waardoor andere onderzoekers zowel zachte als harde weefsels in ongekend detail kunnen onderzoeken in dit belangrijke gewervelde model,' benadrukt Dr. Harnos.

Om wetenschappers, opvoeders en de 3D-printgemeenschap gemakkelijke toegang te geven tot printbare modellen, zijn er een collectie van 40 oppervlaktegerenderde 3D-modellen van de Xenopus laevis anatomische atlas beschikbaar op het ontwerpplatform Thingiverse. In te sluiten digitale modellen kunnen ook worden gedownload van de website van Sketchfab en zijn te bekijken in het onderzoekspaper.

Meer informatie: Jakub Harnos et al, Unveiling Vertebrate Development Dynamics in Frog Xenopus laevis using Micro-CT Imaging, GigaScience (2024). DOI: 10.1093/gigascience/giae037

Tijdschriftinformatie: GigaScience

Verstrekt door GigaScience