徠卡顯微鏡挪威海洋研究所的科學家解決進化的奧秘

徠卡顯微鏡挪威海洋研究所的科學家解決進化的奧秘

人的神經系統是一個極其復雜的網絡，其中包括約100億神經元。 它是跨越數百萬年其中，像其他器官系統的發展，已經小迄今研究多方面進化過程的結果。 在他的研究小組“比較發育生物學”在非典國際中心，海洋分子生物學在挪威卑爾根，動物學家和發育生物學家安地列斯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和他的團隊的廣泛發育生物學方法。 “其他的研究小組在非典正在個別品種如海葵Nematostella”，Hejnol解釋。“我的研究生和博士后正在研究各種海洋動物，以發現如何具體的器官系統 - 比如神經系統 - 已經發展進化的過程。 他們正在尋找的細胞過程，以找出哪些基因是在參與這方面的發展。“

海洋動物非常適合用于研究進化生物學

海認為生命起源的秘密 - 大多數動物物種生活在海中進化的早期階段，采取了數百萬年轉移到陸地棲息地。 作為不同種類進行此過程相互獨立，海洋動物特別適合于進化研究。 “海洋動物告訴我們很多關于動物的一般進化，”Hejnol報告。 “我們看一個卵母細胞受精，并在那里已經發展成為能夠再現的成人點之間會發生什么。 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和他的團隊利用幾個研究船收集動物標本沿挪威海岸不同的地方。 在實驗室中，它們然后使用現代新一代測序方法，以便能夠在最短的時間內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，他們繼續他們的研究通過應用分子生物學方法。 “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和他的團隊再檢查，例如，涉及雙方的蒼蠅和人的神經系統形成的基因 - 兩個非常遠親生物。 然后，他們比較這些觀察與這些基因中更密切相關的動物的功能 - 以及在動物，甚至更遠親。 科學家們利用這些研究來了解分子的進化作用。 具體而言，他們正試圖找出如何分子的功能已經進化過程中改變，并且影響這對神經系統的結構。 神經系統是一個器官系統的開發過程中一個很好的例子。 在進化過程中一個神經網絡，其中水母，例如，還有今天的過程中，已經發展成神經纖維在人脊髓的形式稠束。

鏡中扮演的“比較發育生物學”研究小組的工作了關鍵作用。 首先，安德烈亞斯Hejnol和他的團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，科學家可以建立轉基因品系，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的體視顯微鏡下 - 利用標記GFP一樣。”

活胚胎的定時錄音

倒置顯微鏡研究像徠卡DMI4000B使科學家做出胚胎發育時移錄制 - 即一個胚胎的發育。 要做到這一點，他們把一個活生生的胚胎單細胞階段的顯微鏡下。 胚胎的一種計算機控制的記錄，然后用正常諾馬斯基光學制成。每45秒左右，該系統采用光學切片，并將它們存儲在硬盤中。 這使科學家們胚胎內所有的細胞分裂三維延時錄制。 “它的優點是，這是一種非侵入性的方法，”Hejnol說。 “像基因表達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，我們可以研究細胞的家譜只需要通過光學資源在手，找出哪個單元的形式而組織以及器官。“

Hejnol的團隊使用了徠卡TCS SP5共聚焦顯微鏡解剖研究，染色特定的肌肉或神經系統的動物，以獲得三維視圖。 他們結合的技術與基因表達的熒光顯示。 “這不僅使我們的器官系統的顏色編碼的視圖中的三維空間，而且該基因表達的照片。 然后，我們可以精確地確定細胞類型和形態，位置和基因表達的基礎上表征它們。 通過比較這些數據與其他動物的，我們得到的細胞類型產生的進化，“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：細胞核，綠色環保：干細胞，品紅：基因T-腦/ EOMES（UND性腺卵母細胞）的表達。 左：前。 該蠕蟲是一個大小約1毫米。 圖文：艾娜B?rve，SARS

消化系統的演變

在“比較發育生物學”研究小組不僅然而，調查對神經系統的進化。 其中一個小組目前正在專注于問題的是消化系統的發育。 早在進化鏈起源，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。 科學家們現在希望找出如何演變成一個連續的消化道有兩個開口。 標記基因在這方面發揮顯著的作用了。 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。 其它基因僅表達于腸。 例如，我們已經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。 我們發現所有的人的肛門在此雄gonoporus表達的基因。 這表明，在進化過程中的過程中，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。“

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。 對于動物學家和發育生物學家，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。 我發現的事實，我可以幫助解決這些謎團非常令人興奮的。 我很高興，我已經能夠把我的愛好變成一種職業，“Hejnol說。