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目前,模型生物Xenopuslaevis(非洲爪蛙)的3D解剖图谱已可供研究人员了解胚胎发育和变态——蝌蚪变成成熟青蛙的有趣过程。
此类数据的缺乏极大地限制了评估和理解这些复杂过程的能力。为了增加研究人员、科学教育工作者甚至3D打印爱好者的访问和互动性,这些数据已被转换为可免费使用的可嵌入数字文件,可通过Sketchfab进行3D查看,也可作为Thingiverse上的3D打印文件使用。这项工作以及所有可用数据已发表在《GigaScience》杂志上。
非洲爪蛙(Xenopuslaevis)由于可获得多种类型的数据(从二十世纪早期胚胎学领域的基础移植实验到当今使用高质量基因组测序技术的实验)已成为发育生物学和其他学科研究中一种易于理解且用途广泛的脊椎动物模型生物。
这种易于繁殖的青蛙特别适合研究蝌蚪变成成熟青蛙时身体结构重组的过程,这个过程称为变态。然而,为了更深入地了解这些过程,我们非常需要一种额外的数据。
这项研究的首席科学家、捷克共和国马萨里克大学的雅库布·哈诺斯博士解释说:“在涵盖非洲爪蟾后期发育阶段的综合数据集方面存在着明显的差距。”
为了填补这一空白,研究小组现在提供了这些缺失的数据。作者使用3D成像技术X射线微断层扫描创建了解剖图谱,以更准确地描述X.laevis发育的多个阶段。通过对各个发育阶段的3D重建进行详细分析,作者可以精确定位从蝌蚪到幼蛙再到成熟成体阶段解剖转变过程中发生的关键变化。
借助这种新的高分辨率数据,可以详细追踪形状变化的一个显著例子是青蛙眼睛在发育过程中的位置调整,以及这种变化的确切时间。随着发育的进行,两眼之间的距离逐渐减小。
作者指出:“这种适应性与青蛙的生活策略非常吻合,从生活在水中、长着侧面眼睛的蝌蚪过渡到成年后眼睛位于头顶、适合水下生活的青蛙,这让人想起了鳄鱼。”
在变态过程中,青蛙的肠道也会经历显著的重塑。在8天的时间里,肠道会缩短约75%,卷曲模式也会发生巨大变化。这个过程很难用其他方法进行研究,但研究人员利用X射线微断层扫描技术可以详细跟踪这个过程。
新的3D图谱以高空间和时间分辨率展示的其他解剖事实是看到雄性和雌性青蛙之间的差异(总体而言,雌性体型更大)以及X.laevis牙齿的非常微妙的位置,这些牙齿隐藏在颌弓后面。
Harnos博士强调说:“我们的研究公开提供了所有X射线微断层扫描数据,使其他研究人员能够以前所未有的细节研究这一关键脊椎动物模型中的软组织和硬组织。”
为了让科学家、教育工作者和3D打印社区能够轻松访问可打印模型,设计平台Thingiverse上提供了来自非洲爪蟾解剖图谱的40个表面渲染3D模型集。还可从Sketchfab网站下载可嵌入的数字模型,并在研究论文中查看。
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