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徕卡显微镜挪威海洋研究所的科学家解决进化的奥秘

2014-11-10  发布者:admin 

人的神经系统是一个极其复杂的网络,其中包括约100亿神经元。 它是跨越数百万年其中,像其他器官系统的发展,已经小迄今研究多方面进化过程的结果。 在他的研究小组“比较发育生物学”在非典国际中心,海洋分子生物学在挪威卑尔根,动物学家和发育生物学家安地列斯Hejnol博士正在研究海洋动物来解决这些和演化等诸多未解之谜,通过立体显微镜共聚焦显微镜

挪威是一个海洋生物研究中心的理想场所。 广袤的沿海区域被填充了波罗的海动物以及由湾流传播的大西洋品种,提供巨大的资源潜力,非常适合采取由Andreas Hejnol和他的团队的广泛发育生物学方法。 “其他的研究小组在非典正在个别品种如海葵Nematostella”,Hejnol解释。“我的研究生和博士后正在研究各种海洋动物,以发现如何具体的器官系统 - 比如神经系统 - 已经发展进化的过程。 他们正在寻找的细胞过程,以找出哪些基因是在参与这方面的发展。“

海洋动物非常适合用于研究进化生物学

海认为生命起源的秘密 - 大多数动物物种生活在海中进化的早期阶段,采取了数百万年转移到陆地栖息地。 作为不同种类进行此过程相互独立,海洋动物特别适合于进化研究。 “海洋动物告诉我们很多关于动物的一般进化,”Hejnol报告。 “我们看一个卵母细胞受精,并在那里已经发展成为能够再现的成人点之间会发生什么。 我们工作在不同的动物种类在同一时间,然后比较它们。“

安德烈亚斯Hejnol和他的团队利用几个研究船收集动物标本沿挪威海岸不同的地方。 在实验室中,它们然后使用现代新一代测序方法,以便能够在最短的时间内顺序尽可能多的分子成为可能。 一旦它们获得的测序信息的必要量,他们继续他们的研究通过应用分子生物学方法。 “我们与研究小组合作,在世界各地获得序列信息。例如,我们的合作伙伴研究所的欧洲分子生物学实验室(EMBL)的海德堡为我们提供与Illumina的方法获得测序信息,“Hejnol说。

特写图像属于苔藓动物膜孔membranacea的殖民地zooid的。 研究人员在卑尔根正在研究其胚胎,并测序基因组。 图片:布鲁诺Vellutini,SARS


分子功能的改变

使用由其他研究小组提供的序列信息,安德烈亚斯Hejnol和他的团队再检查,例如,涉及双方的苍蝇和人的神经系统形成的基因 - 两个非常远亲生物。 然后,他们比较这些观察与这些基因中更密切相关的动物的功能 - 以及在动物,甚至更远亲。 科学家们利用这些研究来了解分子的进化作用。 具体而言,他们正试图找出如何分子的功能已经进化过程中改变,并且影响这对神经系统的结构。 神经系统是一个器官系统的开发过程中一个很好的例子。 在进化过程中一个神经网络,其中水母,例如,还有今天的过程中,已经发展成神经纤维在人脊髓的形式稠束。

镜中扮演的“比较发育生物学”研究小组的工作了关键作用。 首先,安德烈亚斯Hejnol和他的团队使用基本体视显微镜像徕卡M60和M80来识别动物的物种。 下徕卡M165与荧光滤光片,科学家可以建立转基因品系,例如。“这个过程总是需要更长的时间从它们的自然栖息地拍摄动物,解释Hejnol。 “但是,与Leica M165,我们还可以检查基因表达的体视显微镜下 - 利用标记GFP一样。”

活胚胎的定时录音

倒置显微镜研究像徕卡DMI4000B使科学家做出胚胎发育时移录制 - 即一个胚胎的发育。 要做到这一点,他们把一个活生生的胚胎单细胞阶段的显微镜下。 胚胎的一种计算机控制的记录,然后用正常诺马斯基光学制成。每45秒左右,该系统采用光学切片,并将它们存储在硬盘中。 这使科学家们胚胎内所有的细胞分裂三维延时录制。 “它的优点是,这是一种非侵入性的方法,”Hejnol说。 “像基因表达的方法往往是未建立对我们研究活的动物胚胎。 通过这种方式,我们可以研究细胞的家谱只需要通过光学资源在手,找出哪个单元的形式而组织以及器官。“

Hejnol的团队使用了徕卡TCS SP5共聚焦显微镜解剖研究,染色特定的肌肉或神经系统的动物,以获得三维视图。 他们结合的技术与基因表达的荧光显示。 “这不仅使我们的器官系统的颜色编码的视图中的三维空间,而且该基因表达的照片。 然后,我们可以精确地确定细胞类型和形态,位置和基因表达的基础上表征它们。 通过比较这些数据与其他动物的,我们得到的细胞类型产生的进化,“报告Hejnol。

这种共聚焦图像显示acoel蠕虫Isodiametra普撤拉了一次扫描层。 下面的部分被染成青色:细胞核,绿色环保:干细胞,品红:基因T-脑/ EOMES(UND性腺卵母细胞)的表达。 左:前。 该蠕虫是一个大小约1毫米。 图文:艾娜Børve,SARS

消化系统的演变

在“比较发育生物学”研究小组不仅然而,调查对神经系统的进化。 其中一个小组目前正在专注于问题的是消化系统的发育。 早在进化链起源,如水母品种有肠只有一个开口,即一个既作为一个口和肛门。 科学家们现在希望找出如何演变成一个连续的消化道有两个开口。 标记基因在这方面发挥显著的作用了。 安德烈亚斯Hejnol报道:“有基因的一定比例被动物的嘴中特异性表达。 其它基因仅表达于肠。 例如,我们已经检查了没有肛门蠕虫。 相反,它们有一个后孔射出的精子 - 所谓男性gonoporus。 我们发现所有的人的肛门在此雄gonoporus表达的基因。 这表明,在进化过程中的过程中,肠和gonoporus之间形成一个链路 - 一个泄殖腔,该鸟类还有今天。 因此,泄殖腔在那里,然后再在小肠,而不是相反。“

然而,这仅仅是众多项目安德烈亚斯Hejnol和他的同事们目前正在研究中的一个 - 未来持有的尚未解决的问题,取之不尽。 对于动物学家和发育生物学家,这是他工作的最好的方面之一:“还有问题,没有人能够回答尚未加载。 我发现的事实,我可以帮助解决这些谜团非常令人兴奋的。 我很高兴,我已经能够把我的爱好变成一种职业,“Hejnol说。