Plávanie po dráhe: Hľadanie modelového druhu pre hlavonožce

Plávanie po dráhe: Hľadanie modelového druhu pre hlavonožce

3D obrázok jednodňovej chobotnice Brennerovej, Euprymna sp. vyliahnuté mláďa. Poďakovanie: Jeff Jolly a Yuko Hasegawa

Možno si myslíte, že chobotnica bobtail by ľahko spadla #TeamCute . Ale tento 3D naskenovaný obrázok vyliahnutého hlavonožca spôsobuje, že zvyčajne rozkošný chobotník bobtail vyzerá trochu viac démonicky než prítulne. Pre osobu, ktorá skenovala stvorenia, nie je vystrašený slovo, ktoré by použil.

„Zakaždým, keď sa pozerám na tieto 3D obrázky, som taký nadšený,“ hovorí Jeff Jolly, manažér zariadenia pre hlavonožce pre molekulárnu genetickú jednotku vedenú profesorom Danielom Rokhsarom z Okinawského inštitútu vedy a technológie. „Pýtam sa, na čo sa môžem pozrieť tentoraz? Sú to len skvelé malé stvorenia.'



3D modely a obrázky chobotnice bobtailovej, ktoré laboratórium používa, sú súčasťou snahy nájsť modelový druh pre hlavonožce. Modelový druh je špecifický organizmus, ktorý pomáha výskumníkom pochopiť väčšie biologické procesy a evolúciu príbuznej skupiny tvorov. Jolly a tím sa podrobne pozreli na tieto chobotnice, aby získali lepšiu predstavu o tom, ako ich vychovať v laboratóriu na štúdium.

Chobotnica bobtailová. Kredit: Nick Hobgood prostredníctvom Wikimedia Commons

„Používate to ako model na pochopenie celej veci,“ hovorí Jolly. 'Keď študujete tento rad chobotníc bobtail, môžete extrapolovať to, čo ste sa z toho naučili, na iné hlavonožce. Povedzme, že s týmito bobtailmi nájdete niečo, čo je naozaj dôležité. Môžete to skúsiť použiť a uvidíte, či to prejde až na chobotnice.“

Už viac ako storočie sa určité symbolické zvieratá znovu a znovu používajú ako modelové druhy v laboratóriu. Pravdepodobne ste to už videli v novinových článkoch nová liečba rakoviny mala úspech u myší . Alebo ste možno videli podobný titulok na namiesto toho genetická štúdia využívajúca ovocné mušky . Ide o druhy, ktoré sú malé, nenáročné na údržbu a rýchlo sa rozmnožujú.

'Vo všeobecnosti je modelový druh niečo, čo si vyžaduje len malé úsilie,' hovorí Jolly. „Vedci vo všeobecnosti nemajú čas venovať sa veciam. Takže [oni] neustále hľadajú zvieratá alebo rastliny, ktoré majú určité vlastnosti, vďaka ktorým je výhodné ich študovať.“

Keď sa vedci rozhodnú pre modelový druh, môžu ho použiť na získanie ďalších informácií o príbuzných druhoch (štúdie na myšiach môžu viesť ľudské pokusy, skoré experimenty na ovocných muškách pomáhajú vedcom pochopiť, že chromozómy nesú genetickú informáciu medzi všetkými zvieratami atď.). Pre hlavonožce je dôležité mať modelový druh, pretože tieto morské bezstavovce sú také jedinečné od iných tvorov na Zemi. 'Určite to nie sú mimozemšťania, ale sú to najbližšie, čo sa k mimozemšťanom môžete dostať,' hovorí Jolly. „Vyvinuli sa nezávisle od stavovcov. Majú oči ako fotoaparát. Majú všelijaké čudné veci.'

Ale pre vedcov, ktorí sa snažia študovať zložitý svet biológie a genetiky hlavonožcov, bol príbeh trochu iný. 'V skutočnosti neexistoval modelový druh pre hlavonožce, ak chcete študovať, aké jedinečné sú,' hovorí Jolly. To má niekoľko dôvodov, vysvetľuje.

'Hlavnonožce je dosť ťažké udržať,' hovorí.

Jedia veľa a uprednostňujú živé jedlo. Okrem toho môžu byť dosť veľké, bežne dorastajú do veľkosti niekoľkých stôp – nie je to ideálne, ak sa ich snažíte držať v nádrži v laboratóriu. 'Atrament tiež zašpiní vodu a je to nočná mora, ak sa ich snažíte kultivovať,' hovorí.

Ako chobotnica bobtail žerie svoju korisť. Poďakovanie: Jeff Jolly

Ale Jolly hovorí, že vedci si myslia, že dosiahli jackpot pre model hlavonožcov v kalamáre. Tvor odškrtáva všetky políčka. Nie sú dlhšie ako dva palce. Ich znášky vajec, ktoré znášajú približne raz týždenne, môžu obsahovať 150 až 400 vajec. Doteraz mali vedci najväčší úspech s druhom chobotnice bobtail Euprymna berryi, a sekvenovali jeho genóm.

'Uvidíte ich pri nočnom ponore.' Zbadáte ich a oni zdvihnú ruky a urobia túto malú agresívnu pózu,“ hovorí Jolly. Poďakovanie: Jeff Jolly

Čoraz viac laboratórií začína používať chobotnicu bobtailovú ako modelový druh, ale výskumníci stále dolaďujú, ako chobotnicu bobtailovú vychovať. Tu prichádza Jolly, ktorá pomáha chytiť a chovať chobotnicu. „Chcem sa pokúsiť zistiť všetky základné veci, ktoré by ste chceli vedieť,“ hovorí. 'Čo môžem očakávať, ak mám týchto ľudí vo svojom laboratóriu?'

Ale keďže hovoríme o laboratórnom prostredí, Jolly a jeho spolupracovník Yuko Hasegawa, špecialista na zobrazovanie, vyžadujú hlbšiu úroveň detailov. A na to potrebuje mikro-CT skener, aby sa mohol pozrieť dovnútra.

Mikro-CT skener robí veľmi podrobné 3D skeny chobotnice bobtailovej, čo dáva predstavu o tom, čo môže Jolly a ďalší výskumníci očakávať od chobotnice v akomkoľvek veku. „Môžete sledovať rast jednotlivých orgánov. Môžete sledovať rast jeho očí, zrakový systém alebo mozog a všetky tieto bláznivé veci, ako keď sa stane sexuálne zrelým,“ hovorí.

Poďakovanie: Yuko Hasegawa

A na rozdiel od pokusov zobraziť ťažkopádny 2D obraz chobotnice pod mikroskopom, 3D modely umožňujú Jolly flexibilitu manipulácie. „Môžeš to roztočiť. Môžete si priblížiť určité časti. Môžete segmentovať každé rameno jednotlivo alebo mozog. Je to tak pekné.'

16-dňové embryo Euprymna morsei. Poďakovanie: Jeff Jolly

Ďalej by Jolly rád skompiloval všetky informácie, ktoré sa naučili, do verejného súboru údajov. „Snažíme sa vyvinúť tento modelový systém. Takže mojím cieľom je vytvoriť nejaký druh aplikácie, do ktorej môžu ľudia pokračovať.“ Odtiaľ si predstavuje širokú škálu aplikácií, od výučby anatómie chobotnice v triedach až po slúžiť ako referencia pre vedcov, ktorí sa chcú starať o svoje vlastné.

„Predstavujem si, že ľudia, ktorí majú skúsenosti s používaním myší, múch, zebričiek a podobne, môžu považovať bobtaily za užitočný nástroj na štúdium niektorých základných otázok. V konečnom dôsledku pracujeme na znížení bariéry, aby sme mohli vstúpiť do výskumu hlavonožcov,“ hovorí.

Výskumníci by tiež mohli vziať súbory údajov a urobiť nové biologické a genetické objavy. Pre oblasť, ktorá bola v porovnaní so stavovcami nedostatočne študovaná, by tieto informácie mohli byť obrovskou pomocou.

'Ako gény robia hlavonožca hlavonožcom?' hovorí Jolly. 'Pochopenie toho, ako sa vyvinuli, aby boli také zvláštne - myslím, že je to jedna z najlepších vecí, na ktoré môžete použiť chobotnice bobtail, je pochopenie toho, čo robí hlavonožca.'

Špeciálne poďakovanie patrí Shinya Komoto zo sekcie zobrazovania OIST, ktorá pomohla zhromaždiť dôležité údaje pre 3D obrázky.

Pripojte sa k moru podpory Science Friday

S každým darom 8 USD (za každý deň týždňa hlavonožcov) môžete sponzorovať iného ilustrovaného hlavonožca. Odznak hlavonožca spolu s vaším krstným menom a mestom bude našou súčasťou More podporovateľov !

Darovať



Ďalšie čítanie

  • Pozrite si zvyšoknášho spravodajstva o Týždni hlavonožcov.
  • Uč sa viac o oddelení molekulárnej genetiky v OIST.
  • Pozrite si videoo tom, ako chobotnice bobtail používajú bioluminiscenčné baktérie, aby zostali skryté pred predátormi.