Трехмерный анатомический атлас модельного организма Xenopus laevis (африканская шпорцевая лягушка) теперь доступен, чтобы помочь исследователям понять эмбриональное развитие и метаморфозу — интригующий процесс, посредством которого головастик превращается в взрослую лягушку.

Отсутствие доступа к данным такого типа значительно ограничило возможности оценки и понимания этих сложных процессов. Чтобы расширить доступ и интерактивность для исследователей, преподавателей естественных наук и даже энтузиастов 3D-печати, эти данные были преобразованы в свободно доступные встраиваемые цифровые файлы для 3D-просмотра с помощью Sketchfab и в файлы 3D-печати, доступные на Thingiverse. Эта работа вместе со всеми имеющимися данными опубликована в журнале ГигаНаука.

Африканская шпорцевая лягушка (Xenopus laevis) стала хорошо изученным и универсальным модельным организмом позвоночных для исследований в области биологии развития и других дисциплин благодаря наличию множества типов данных, начиная с основополагающих экспериментов по трансплантации в области эмбриологии в начале двадцатого века. века до наших дней эксперименты с использованием высококачественной технологии секвенирования генома.

Эта простая в разведении лягушка особенно подходит для изучения реорганизации строения тела во время больших изменений, которые происходят, когда головастик превращается во взрослую лягушку – процесс, называемый метаморфозой. Однако для продвижения вперед в более глубоком понимании этих процессов существует большая потребность в дополнительном типе данных.

Доктор Якуб Харнос из Университета Масарика (Чехия), ведущий научный сотрудник исследования, объясняет, что «существует заметный пробел в наличии комплексных наборов данных, охватывающих поздние стадии развития Xenopus».

Чтобы заполнить этот пробел, команда исследователей теперь предоставляет недостающие данные. Авторы использовали рентгеновскую микротомографию (метод трехмерной визуализации) для создания анатомического атласа, позволяющего более точно описать многочисленные стадии развития X. laevis. Используя подробный анализ своих 3D-реконструкций на различных стадиях развития, авторы смогли определить ключевые изменения, которые происходят во время анатомических преобразований на стадиях от головастика до лягушки и взрослой особи.

Одним из ярких примеров изменений формы, которые можно очень подробно отслеживать с помощью этих новых данных с высоким разрешением, является корректировка положения развивающихся глаз лягушки и точное время этого изменения. По мере опережающего развития расстояние между глазами постепенно уменьшается.

«Эта адаптация хорошо согласуется с жизненной стратегией лягушки, превращающейся из водного головастика с боковыми глазами во взрослую особь с глазами, расположенными на макушке головы и ведущей подводный образ жизни, напоминающий крокодилов», — отмечают авторы.

Кишечник лягушки также претерпевает значительные изменения во время метаморфоза. За 8-дневный период кишка укорачивается примерно на 75%, а характер скручивания резко меняется. Этот процесс, который трудно изучить другими методами, можно детально проследить с помощью рентгеновской микротомографии, которую создали исследователи.

Другие анатомические факты, которые представлены в новом 3D-атласе с высоким пространственным и временным разрешением, включают различия между самцами и самками лягушек (самки в целом оказываются крупнее) и очень тонкое расположение зубов X. laevis, которые скрыты. за верхнечелюстной дугой.

«Наше исследование открыто предоставляет все данные рентгеновской микротомографии, что позволяет другим исследователям исследовать как мягкие, так и твердые ткани с беспрецедентной детализацией в этой ключевой модели позвоночных», — подчеркивает доктор Харнос.

Чтобы ученые, преподаватели и сообщество 3D-печатников могли легко получить доступ к моделям для печати, на дизайнерской платформе Thingiverse доступна коллекция из 40 3D-моделей с рендерингом поверхности из анатомического атласа Xenopus laevis. Встраиваемые цифровые модели также можно загрузить с веб-сайта Sketchfab и просмотреть в исследовательской работе.