Paslaptingos urvuose gyvenančios salamandros 3D vaizdavimas atskleidžia prisitaikymą prie gyvenimo tamsoje

Paslaptingos urvuose gyvenančios salamandros 3D vaizdavimas atskleidžia prisitaikymą prie gyvenimo tamsoje

Proteus anguinus vaizdas su įdėklu, kuriame rodomas trimatis proteuso galvos vaizdas. Kreditas: Gregor Aljančič

Evoliuciškai suprojektuotų jutimo organų vitrina atskleidžiama per didelės raiškos išskirtinai urvuose gyvenančios aklosios salamandros Proteus anguinus galvos vaizdus. Proteusas yra evoliucinis šedevras, sudarytas iš neįprastų pritaikymų, skirtų išgyventi bešviesiuose urvuose. Netgi jo fizinė išvaizda yra unikali tiek, kiek vietiniai 1600-aisiais tikėjo, kad tai drakono kūdikis. Čia atliktas tyrimas, kurį atliko tarptautinis bendradarbiavimas, vadovaujamas čekų mokslininkų Jozefo Kaiserio ir Markétos Tesařová, buvo skirtas gauti išsamios informacijos apie šiuos neįprastus evoliucinius pokyčius. Mokslininkai naudojo rentgeno kompiuterinės mikrotomografijos (microCT) nuskaitymus, kad sukurtų stulbinančias 3D proteuso galvos minkštųjų audinių rekonstrukcijas, leidžiančias tiesiogiai matyti didelius pokyčius, kurie laikui bėgant įvyko salamandroje. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale GigaScience.

Proteus anguinus gyvena tamsiuose karstiniuose urvuose Vidurio ir Pietryčių Europoje. Ji taip pat žinoma kaip olm arba „žmogaus žuvis“. Šiame tyrime pateikiama išsami informacija apie unikalius proteuso evoliucinius mechanizmus. Be to, kadangi šie vaizdai ir 3D modeliai yra skaitmeniniai duomenys, mokslininkai iš viso pasaulio taip pat gali juos pasiekti ir naudoti savo tyrimams, o tai ypač vertinga, nes proteusui gresia pavojus ir fiziniais pavyzdžiais dalytis beveik neįmanoma. Paskelbtame straipsnyje pateikiamos spalvotos 3D rekonstrukcijos ir lengvai tyrinėjamas internetinis modelis (kurį taip pat galima peržiūrėti naudojant VR ausines). Be to, yra vaizdo įrašo santrauka, kurioje rodomi tiesioginiai ir animuoti vaizdai, padedantys pabrėžti pagrindinius rezultatus.

Proteusas yra didžiausias urvinis tetrapodas ir vienintelis Europos varliagyvis, gyvenantis tik po žeme. Tai mėsėdis padaras, gyvena iš mažų vėžiagyvių, o grobį praryja visą. Dažnai pabrėžiamas kaip vienas keisčiausiai prisitaikiusių išgyventi gyvūnų, išvaizdos panašus į gyvatę, bespalvis ir gali gyventi iki 100 metų. Dėl gyvenimo požeminėje aplinkoje vienas iš jo pritaikymų yra atsparumas badui, leidžiantis išgyventi iki 10 metų nevalgius. Proteus taip pat turi ir žiaunas, ir plaučius, skirtingai nei dauguma varliagyvių, kurie suaugę praranda žiaunas ir pajuda iš vandens.

Ankstyvieji gamtininkai buvo sužavėti šia tamsos būtybe, įskaitant Charlesą Darwiną, kuris šią rūšį apibūdino kaip „senovės gyvybės nuolaužą“. Šiame tyrime atliktas darbas, naudojant pažangias šiuolaikines vaizdo gavimo technologijas, pagaliau leidžia atsakyti į šimtamečius klausimus apie šią keistą būtybę.

Savo tyrimams mokslininkai naudojo rentgeno mikroCT skenavimo technologiją ir 3D modeliavimą iš kelių mėginių, įskaitant vaizdus iš glaudžiai susijusios paviršiuje gyvenančios salamandros – aksolotlio. Tai suteikė mokslininkams daugybę duomenų, leidžiančių įvertinti proteuso organų formos, formos ir struktūros pokyčius.

Tyrėjai atkreipia dėmesį į šių duomenų pateiktų analizių platumą, sakydami:

“Turėjome prieigą prie kelių kolekcijų, skirtų vystymosi etapams nuo lervų iki suaugusių egzempliorių. Taigi duomenys gali būti naudojami tiriant vystymosi ir evoliucijos skirtumus tarp etapų. Be to, proteuso ir aksolotlio duomenų prieinamumas leidžia atlikti pavyzdinį urvo palyginimą – ir paviršiuje gyvenančios pedomorfinės salamandros.

Proteuso protėviai gyveno virš žemės ir turėjo funkcionalias akis, tačiau pradėjus gyventi be šviesų urvuose selektyvaus spaudimo išlaikyti regėjimą nebeliko. Rezultatas buvo toks, kad proteuso regėjimo organai yra maži ir nevisiškai suformuoti, todėl jie yra akli. Tačiau akių užuomazgos yra jų protėvių palikimas ankstyvosiose gyvenimo stadijose, o akys netenkama vystantis nuo nepilnamečio iki suaugusio žmogaus. Kadangi tyrėjų sugeneruoti duomenys apima tiek jaunų, tiek suaugusių proteusų galvų vaizdus, ​​​​tyrėjai gali gauti daug geresnės informacijos apie regėjimo raidos pokyčius ir praradimą, įskaitant padėties, formos ir dydžio pokyčius gyvūnui suaugus.

Evoliucijos metu gali būti prarasti nereikalingi elementai, tačiau jei išgyvenimui reikalingi nauji mechanizmai, atsiranda fizinių ar elgesio pokyčių. Proteusui, neturinčiam regėjimo, reikėjo keisti kitus jutimo organus, kad jie galėtų gauti maisto ir kitų išteklių. Siekdama ištirti tokius pokyčius, Čekijos tyrimų grupė atliko mikroCT nuskaitymus įvairiuose aksolotlio etapuose, kad būtų galima palyginti skirtingas kaukolės ir jutimo organų dalis. Galimi nauji mikroCT duomenys ir 3D modeliavimas suteikia tokią didelę skiriamąją gebą, tyrėjai dabar gali gauti labai smulkią šių pokyčių informaciją, o ne daugiau pagrindinių pokyčių, pavyzdžiui, proteus kvapo jutimo organas yra daug didesnis proteus nei aksolotlyje.

Nors tyrimai, naudojant šiuos naujus duomenis, buvo skirti fizinių pokyčių tyrimui, jie taip pat gali padėti kitoje evoliucijos tyrimų srityje: tirti elgsenos pokyčius, svarbius išgyvenimui.

Autorė Lucia Mancini iš Elettra Sincrotrone sinchrotrono įrenginio Trieste (Italija) pabrėžia vaizdo gavimo metodų, kuriuose naudojama elektromagnetinė spinduliuotė (sinchrotronas), svarbą:

“Pažangių 3D vaizdo gavimo technologijų taikymas gali suteikti įžvalgų apie proteuso gyvenimo strategijas. Tiesą sakant, dėl sinchrotrono ir laboratorinių analizių naudojimo būsimi tyrimai gali padėti modeliuoti elgesio prisitaikymo mechanizmus, kad būtų geriau suprasti. buveinių naudojimas“.

Jos kolega Edgardo Mauri iš Speleovivarium Erwin Pichl priduria: “Duomenys leis mums ištirti suvokimo gebėjimus naudojant trimačius modelius ir tirti elgesio reakcijas, susijusias su cheminiais ženklais, klausos dažniais ar signalų emisija”.

Atsižvelgiant į proteuso retumą, mokslininkams labai sunku gauti fizinius mėginius. Dabar, kai šie vaizdo gavimo ištekliai yra prieinami bendrinamu skaitmeniniu formatu, mokslininkai visame pasaulyje gali pasinaudoti šiuo ištekliu, kad įgytų naujų įžvalgų apie evoliucinius mechanizmus. Tokie tyrimai, taip pat suteikiantys naują pagrindinį supratimą apie tai, kaip rūšys keičiasi laikui bėgant, klimato kaita ir jos poveikis rūšių išlikimui, gali pagerinti supratimą apie evoliucinius išlikimo poreikius.


Mokslininkai įveikia neprieinamumą urvams naudodami molekulinį genetinį metodą


Daugiau informacijos:
Markéta Tesařová ir kt., Gyvenimas tamsoje: Proteus anguinus adaptacijos 3 dimensijų tyrimas rentgeno vaizdavimu, GigaScience (2022). DOI: 10.1093 / gigascience / giac030

Pateikė GigaScience

Citata: Paslaptingos urvuose gyvenančios salamandros 3D vaizdai atskleidžia prisitaikymus gyvenimui tamsoje (2022 m., balandžio 5 d.), gauta 2022 m. balandžio 15 d. iš https://phys.org/news/2022-04-3d-imaging-mysterious-cave-dwelling -salamander.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.

Leave a Comment

Your email address will not be published.