Řešení podmořské záhady pomocí CT skenů

Věda

Pomocí 3D zobrazování vědci konečně zjistili, jak mohou křehké hvězdy – drobná stvoření podobná hvězdici – nosit v těle tolik dětí najednou.

Jeffrey L. Rotman / Corbis

Křehké hvězdy, příbuzné hvězdic, mají tuhé exoskelety a dlouhé, štíhlé paže. Většina z asi 2 000 druhů používá standardní mořskou metodu reprodukce, která není k dispozici, chrlí vajíčka a spermie do vody a nechává to tak. Ale jiné druhy křehkých hvězd vyvinuly překvapivější strategii: Nosí svá rostoucí mláďata v sobě, tucet nebo více dětí zabalených do vaků uvnitř těla rodiče. V závislosti na druhu může být tímto rodičem žena nebo hermafrodit.

Je to záhada, která vědce, kteří zkoumají křehké hvězdy, stále ohromila: Jak zvířata vtlačí všechny ty potomky – a jejich mnoho paží – do stejného těsného prostoru, kde jsou umístěny všechny jejich životně důležité orgány? Dospělý v podstatě vypadá, jako by byl zcela plný mladistvých, říká Jannes Landschoff, postgraduální student na Univerzitě v Kapském Městě v Jižní Africe, který pro svou diplomovou práci studoval křehké hvězdy. To je docela velká zátěž, kterou matka nese.

Landschoff pro svůj výzkum pitval spoustu křehkých hvězd, ale pokaždé, když se rozřezal na jedno z těchto zvířat, vytvořil chybná data tím, že narušil zázračnou balicí práci uvnitř. Před několika měsíci se tedy Landschoff rozhodl prozkoumat alternativu: Získal bezprecedentní pohled do neporušených křehkých hvězd pomocí mikroCT skenování, které poskytuje podrobné 3-D informace bez použití nože.

Dospělý v podstatě vypadá, jako by byl zcela plný mláďat.

CT neboli počítačová tomografie využívá rentgenové záření ke skenování těla v sérii virtuálních řezů. Tyto řezy poskládané dohromady vytvářejí 3-D obraz podobný skenování MRI. MicroCT, technika, která je stále oblíbenější, pořizuje tyto snímky ve velmi vysokém rozlišení, což umožňuje detailní pohled i na malé zvíře. Jiní vědci tuto technologii použili k nahlédnutí do nitra různých tvorů včetně hvězdic, ale nikdo ji nikdy nepoužil k nahlédnutí do zadumané křehké hvězdy.

Pro svůj experiment microCT si Landschoff a Charles Griffiths, profesor zoologie na Univerzitě v Kapském Městě, vybrali dva druhy křehkých hvězd pocházející z Jižní Afriky. Amphipholis squamata je drobný a hermafroditní, s tělem širokým jen několik milimetrů (nepočítáme-li jeho dlouhé nohy). Ophioderma wahlbergii je ve srovnání obr – jeho tělo měří více než jeden palec – a může být muž nebo žena. Ačkoli jsou tyto druhy vzdálenými příbuznými, oba se nezávisle vyvinuli, aby chovali svá mláďata ve svých tělech.

Landschoff vložil zesnulé křehké hvězdy každého druhu do skeneru, nejprve jim sundal nohy a připevnil těla k tvrdému kusu pěny. Poznamenává, že ačkoli byly tyto křehké hvězdy mrtvé, živá zvířata mohou projít CT skenerem; samotné skenování jim neublíží. Skenování však může trvat několik hodin a každé zvíře, které není mrtvé, musí být anestetizováno, aby zůstalo dokonale nehybné. Jakékoli vrtění zničí snímky.

Výřezy s vysokým rozlišením ukazovaly v černé a bílé obrněné končetiny mladých křehkých hvězd uhnízděných uvnitř jejich matek jako pevně zabalená zásuvka na ponožky. Tyto řezy byly naskládány dohromady, aby vytvořily 3D pohledy na těla matek. Některé z obrázků se staly animací, která prakticky rozbalí 13 mladistvých O. Wahlbergii křehké hvězdy z těla své matky.

Vypadá to úžasně, říká Landschoff. Skenování ukázal že uvnitř rodičů byla všechna miminka umístěna hlavou dolů. (U křehké hvězdy to znamená, že tlama, která je na spodní straně těla a zdvojnásobuje se jako řitní otvor, směřuje nahoru.) Mláďata jako by měla tlamu přitisknutá k horním stěnám váčků, jako by nasávala živiny. od jejich matek. To podpořilo dlouhodobou hypotézu, že matky křehkých hvězd svá mláďata kromě ustájení krmí.

Ukázalo se, že 3D pohledy na křehké hvězdy podporují Landschoffova pozorování z pitev zvířat. Ale i když neposkytují zbrusu nové informace, skenování, jako je tento, může být užitečným způsobem, jak vzbudit veřejný zájem o vědecký výzkum. Myslím, že opravdu silným přínosem metody je využití dat například v muzeích, říká. Obrázky lze dokonce reprodukovat na 3D tiskárně a vytvořit fyzický model.

Skenování MicroCT rychle roste, říká Alexander Ziegler, evoluční biolog na univerzitě v Bonnu v Německu. Díky vysokému rozlišení, které vědci mohou získat z dnešních mikroCT skenerů, využívají technologii k prozkoumání vnitřností více zvířat. Je zvláště užitečné pro studium struktur uvnitř malých zvířat.

Doporučená četba

Bioluminiscenční květ v Hong Kongu
Alan Taylor
Nemáte ponětí, jak těžké je opít křečka
Sarah Zhang
Čekání stálo za to
Marina Korenová

Další výhodou použití skenů k poznání anatomie zvířat, spíše než rozřezávání zvířat, je to, že vědci může studovat cenné vzorky v muzejních sbírkách aniž by je zničil. Neinvazivní skenování může být také rychlým a nákladově efektivním způsobem shromažďování informací, říká Ziegler, a digitální data lze snadno sdílet.

Landschoff se rozhodl podělit jeho úplný datový soubor , čímž jsou všechny skeny volně dostupné veřejnosti a dalším vědcům. Použil jsem jen velmi malou část informací, které jsou uloženy v obrázcích, které mám, říká. Doufá, že další vědci budou schopni odemknout více těchto informací ve svém vlastním výzkumu. Například, kolik z těla napjaté křehké hvězdy obvykle zabírají její mláďata? U menších druhů, které Landschoff studoval, šest dětí vyplnilo pozoruhodných 25 procent objemu těla matky. Porovnáním jeho snímků s křehkými hvězdami v různých částech světa by se jiní vědci mohli dozvědět více o tom, jak se děti vtěsnají mezi své sourozence a orgány matky.

Někdy, když chcete přesně porozumět tomu, co se děje v těle zvířete, rozříznutí prostě nepomůže. Ale je tu další fascinující prvek reprodukce křehkých hvězd, který byli vědci schopni pozorovat bez skenů nebo skalpelů: Bez ohledu na to, jak to zvládají, děti křehkých hvězd rostou a rodí se, aniž by poškodily své matky. Na konci měsíce trvajícího období říje plně zformovaná mláďata jednoduše vylezou z matek pružnými štěrbinami a odejdou.