徠卡顯微鏡挪威海洋研究所的科學(xué)家解決進(jìn)化的奧秘

徠卡顯微鏡挪威海洋研究所的科學(xué)家解決進(jìn)化的奧秘

人的神經(jīng)系統(tǒng)是一個極其復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，其中包括約100億神經(jīng)元。 它是跨越數(shù)百萬年其中，像其他器官系統(tǒng)的發(fā)展，已經(jīng)小迄今研究多方面進(jìn)化過程的結(jié)果。 在他的研究小組“比較發(fā)育生物學(xué)”在非典國際中心，海洋分子生物學(xué)在挪威卑爾根，動物學(xué)家和發(fā)育生物學(xué)家安地列斯Hejnol博士正在研究海洋動物來解決這些和演化等諸多未解之謎，通過立體顯微鏡和共聚焦顯微鏡。

挪威是一個海洋生物研究中心的理想場所。 廣袤的沿海區(qū)域被填充了波羅的海動物以及由灣流傳播的大西洋品種，提供巨大的資源潛力，非常適合采取由Andreas Hejnol和他的團(tuán)隊的廣泛發(fā)育生物學(xué)方法。 “其他的研究小組在非典正在個別品種如?？?em>Nematostella”，Hejnol解釋?！拔业难芯可筒┦亢笳谘芯扛鞣N海洋動物，以發(fā)現(xiàn)如何具體的器官系統(tǒng) - 比如神經(jīng)系統(tǒng) - 已經(jīng)發(fā)展進(jìn)化的過程。 他們正在尋找的細(xì)胞過程，以找出哪些基因是在參與這方面的發(fā)展?！?/span>

海洋動物非常適合用于研究進(jìn)化生物學(xué)

海認(rèn)為生命起源的秘密 - 大多數(shù)動物物種生活在海中進(jìn)化的早期階段，采取了數(shù)百萬年轉(zhuǎn)移到陸地棲息地。 作為不同種類進(jìn)行此過程相互獨立，海洋動物特別適合于進(jìn)化研究。 “海洋動物告訴我們很多關(guān)于動物的一般進(jìn)化，”Hejnol報告。 “我們看一個卵母細(xì)胞受精，并在那里已經(jīng)發(fā)展成為能夠再現(xiàn)的成人點之間會發(fā)生什么。 我們工作在不同的動物種類在同一時間，然后比較它們。“

安德烈亞斯Hejnol和他的團(tuán)隊利用幾個研究船收集動物標(biāo)本沿挪威海岸不同的地方。 在實驗室中，它們?nèi)缓笫褂矛F(xiàn)代新一代測序方法，以便能夠在最短的時間內(nèi)順序盡可能多的分子成為可能。 一旦它們獲得的測序信息的必要量，他們繼續(xù)他們的研究通過應(yīng)用分子生物學(xué)方法。 “我們與研究小組合作，在世界各地獲得序列信息。例如，我們的合作伙伴研究所的歐洲分子生物學(xué)實驗室（EMBL）的海德堡為我們提供與Illumina的方法獲得測序信息，“Hejnol說。

特寫圖像屬于苔蘚動物膜孔membranacea的殖民地zooid的。 研究人員在卑爾根正在研究其胚胎，并測序基因組。 圖片：布魯諾Vellutini，SARS

分子功能的改變

使用由其他研究小組提供的序列信息，安德烈亞斯Hejnol和他的團(tuán)隊再檢查，例如，涉及雙方的蒼蠅和人的神經(jīng)系統(tǒng)形成的基因 - 兩個非常遠(yuǎn)親生物。 然后，他們比較這些觀察與這些基因中更密切相關(guān)的動物的功能 - 以及在動物，甚至更遠(yuǎn)親。 科學(xué)家們利用這些研究來了解分子的進(jìn)化作用。 具體而言，他們正試圖找出如何分子的功能已經(jīng)進(jìn)化過程中改變，并且影響這對神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 神經(jīng)系統(tǒng)是一個器官系統(tǒng)的開發(fā)過程中一個很好的例子。 在進(jìn)化過程中一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中水母，例如，還有今天的過程中，已經(jīng)發(fā)展成神經(jīng)纖維在人脊髓的形式稠束。

鏡中扮演的“比較發(fā)育生物學(xué)”研究小組的工作了關(guān)鍵作用。 首先，安德烈亞斯Hejnol和他的團(tuán)隊使用基本體視顯微鏡像徠卡M60和M80來識別動物的物種。 下徠卡M165與熒光濾光片，科學(xué)家可以建立轉(zhuǎn)基因品系，例如。“這個過程總是需要更長的時間從它們的自然棲息地拍攝動物，解釋Hejnol。 “但是，與Leica M165，我們還可以檢查基因表達(dá)的體視顯微鏡下 - 利用標(biāo)記GFP一樣?！?/span>

活胚胎的定時錄音

倒置顯微鏡研究像徠卡DMI4000B使科學(xué)家做出胚胎發(fā)育時移錄制 - 即一個胚胎的發(fā)育。 要做到這一點，他們把一個活生生的胚胎單細(xì)胞階段的顯微鏡下。 胚胎的一種計算機(jī)控制的記錄，然后用正常諾馬斯基光學(xué)制成。每45秒左右，該系統(tǒng)采用光學(xué)切片，并將它們存儲在硬盤中。 這使科學(xué)家們胚胎內(nèi)所有的細(xì)胞分裂三維延時錄制。 “它的優(yōu)點是，這是一種非侵入性的方法，”Hejnol說。 “像基因表達(dá)的方法往往是未建立對我們研究活的動物胚胎。 通過這種方式，我們可以研究細(xì)胞的家譜只需要通過光學(xué)資源在手，找出哪個單元的形式而組織以及器官?！?/span>

Hejnol的團(tuán)隊使用了徠卡TCS SP5共聚焦顯微鏡解剖研究，染色特定的肌肉或神經(jīng)系統(tǒng)的動物，以獲得三維視圖。 他們結(jié)合的技術(shù)與基因表達(dá)的熒光顯示。 “這不僅使我們的器官系統(tǒng)的顏色編碼的視圖中的三維空間，而且該基因表達(dá)的照片。 然后，我們可以精確地確定細(xì)胞類型和形態(tài)，位置和基因表達(dá)的基礎(chǔ)上表征它們。 通過比較這些數(shù)據(jù)與其他動物的，我們得到的細(xì)胞類型產(chǎn)生的進(jìn)化，“報告Hejnol。

這種共聚焦圖像顯示acoel蠕蟲Isodiametra普撤拉了一次掃描層。 下面的部分被染成青色：細(xì)胞核，綠色環(huán)保：干細(xì)胞，品紅：基因T-腦/ EOMES（UND性腺卵母細(xì)胞）的表達(dá)。 左：前。 該蠕蟲是一個大小約1毫米。 圖文：艾娜B?rve，SARS

消化系統(tǒng)的演變

在“比較發(fā)育生物學(xué)”研究小組不僅然而，調(diào)查對神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化。 其中一個小組目前正在專注于問題的是消化系統(tǒng)的發(fā)育。 早在進(jìn)化鏈起源，如水母品種有腸只有一個開口，即一個既作為一個口和肛門。 科學(xué)家們現(xiàn)在希望找出如何演變成一個連續(xù)的消化道有兩個開口。 標(biāo)記基因在這方面發(fā)揮顯著的作用了。 安德烈亞斯Hejnol報道：“有基因的一定比例被動物的嘴中特異性表達(dá)。 其它基因僅表達(dá)于腸。 例如，我們已經(jīng)檢查了沒有肛門蠕蟲。 相反，它們有一個后孔射出的精子 - 所謂男性gonoporus。 我們發(fā)現(xiàn)所有的人的肛門在此雄gonoporus表達(dá)的基因。 這表明，在進(jìn)化過程中的過程中，腸和gonoporus之間形成一個鏈路 - 一個泄殖腔，該鳥類還有今天。 因此，泄殖腔在那里，然后再在小腸，而不是相反?！?/span>

然而，這僅僅是眾多項目安德烈亞斯Hejnol和他的同事們目前正在研究中的一個 - 未來持有的尚未解決的問題，取之不盡。 對于動物學(xué)家和發(fā)育生物學(xué)家，這是他工作的最好的方面之一：“還有問題，沒有人能夠回答尚未加載。 我發(fā)現(xiàn)的事實，我可以幫助解決這些謎團(tuán)非常令人興奮的。 我很高興，我已經(jīng)能夠把我的愛好變成一種職業(yè)，“Hejnol說。