Nowy trójwymiarowy atlas anatomiczny afrykańskiego żaby pazurkowego zwiększa zrozumienie procesów rozwojowych i metamorfozy

16 lipca 2024 roku

Ten artykuł został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i zasadami Science X. Redaktorzy wyróżnili następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

• sprawdzane pod kątem faktów
• publikacja z recenzją przez rówieśników
• skorygowane

przez GigaScience

Atlas anatomiczny w trójwymiarze organizmu modelowego Xenopus laevis (afrykańskiego żaby pazurkowatego) jest teraz dostępny, aby pomóc badaczom w zrozumieniu rozwoju embrionalnego i przemiany—fascynującego procesu, w ramach którego kijanka przekształca się w dorosłego żabę.

Brak dostępności tego rodzaju danych znacznie ograniczył zdolność do oceny i zrozumienia tych złożonych procesów. Aby zwiększyć dostęp i interaktywność dla badaczy, edukatorów naukowych, a także entuzjastów druku 3D, te dane zostały przekształcone w bezpłatne pliki cyfrowe do umieszczania w 3D za pomocą Sketchfab oraz jako pliki do drukowania 3D dostępne na Thingiverse. Ta praca, wraz ze wszystkimi dostępnymi danymi, została opublikowana w czasopiśmie GigaScience.

Afrykańska żaba pazurkowata (Xenopus laevis) stała się bardzo zrozumiałym i wszechstronnym organizmem modelowym kręgowców do badań w biologii rozwojowej i innych dyscyplinach dzięki dostępności wielu rodzajów danych, poczynając od podstawowych eksperymentów z przeszczepami w dziedzinie embriologii na początku XX wieku po dzisiejsze eksperymenty z użyciem technologii sekwencjonowania genomu wysokiej jakości.

Łatwa w hodowli ta żaba szczególnie nadaje się do badań reorganizacji planu ciała podczas dużych zmian zachodzących podczas przemiany z kijanki w dorosłą żabę, proces ten nazywa się metamorfozą. Jednakże, aby posuwać się naprzód w zdobywaniu większego zrozumienia tych procesów, istnieje wielka potrzeba dodatkowego rodzaju danych.

Dr Jakub Harnos z Uniwersytetu Masaryka (Republika Czeska), główny naukowiec badania, wyjaśnia, że „istnieje znacząca luka w dostępności kompleksowych zestawów danych obejmujących późne stadia rozwojowe Xenopusa”.

Aby wypełnić tę lukę, zespół badaczy dostarcza teraz te brakujące dane. Autorzy użyli mikrotomografii rentgenowskiej, techniki obrazowania 3D, aby stworzyć atlas anatomiczny bardziej dokładnie opisujący kilka etapów rozwoju Xenopusa laevis. Korzystając z dokładnej analizy swoich rekonstrukcji 3D na różnych etapach rozwoju, autorzy mogli zlokalizować kluczowe zmiany, które zachodzą podczas przemian anatomicznych na etapach od kijanki do żabki do dorosłej żaby.

Jednym z uderzających przykładów zmian kształtu, które można śledzić w szczegółach za pomocą tych nowych danych wysokiej rozdzielczości, jest dostosowywanie położenia rozwijających się oczu żaby, a dokładniej moment tego przesunięcia. Wraz z rozwojem odległość między oczami stopniowo się zmniejsza.

„To przystosowanie doskonale współgra z strategią życiową żaby, przechodzącej od wodnej kijanki z bocznymi oczami do dorosłego osobnika z oczami umieszczonymi na wierzchu głowy dla zanurzonego trybu życia, przypominające krokodyle”, zauważają autorzy.

Jelito żaby również ulega znaczącej przebudowie podczas metamorfozy. W ciągu 8 dni długość jelita zmniejsza się o około 75%, a wzorzec zwinięcia zmienia się drastycznie. Ten proces, trudny do zbadania innymi metodami, może być śledzony w szczegółach za pomocą mikrotomografii rentgenowskiej, którą opracowali badacze.

Inne fakty anatomiczne, które są prezentowane w wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czasowej przez nowy atlas anatomiczny 3D, to zauważanie różnic między żabami samcami a żeńskimi (samice w końcu stają się większe ogólnie) oraz bardzo subtelne położenie zębów Xenopusa laevis, które są ukryte za łukiem żuchwowym.

„Nasze badanie udostępnia wszystkie dane mikrotomografii rentgenowskiej otwarcie, pozwalając innym badaczom na zgłębianie zarówno tkanek miękkich, jak i twardych w niespotykany dotąd sposób w tym kluczowym modelu kręgowca,” podkreśla dr Harnos.

Aby ułatwić naukowcom, edukatorom i społeczności druku 3D łatwy dostęp do modeli drukowalnych, zbiór 40 modeli 3D powierzchniowych z atlasu anatomicznego Xenopusa laevis jest dostępny na platformie projektowej Thingiverse. Osadzone modele cyfrowe można również pobrać ze strony internetowej Sketchfab i obejrzeć w artykule badawczym.

Więcej informacji: Jakub Harnos et al, Odsłonięcie dynamiki rozwoju kręgowce w żabie Xenopus laevis za pomocą obrazowania mikrotomografii komputerowej, GigaScience (2024). DOI: 10.1093/gigascience/giae037

Informacje o czasopiśmie: GigaScience

Źródło: GigaScience