Новый 3D-анатомический атлас шпорцевой лягушки углубляет понимание процессов развития и метаморфоза

Доступен 3D-анатомический атлас модельного организма Xenopus laevis (африканской шпорцевой лягушки), призванный помочь исследователям в изучении эмбрионального развития и метаморфоза — процесса превращения головастика во взрослую лягушку.

Отсутствие подобных данных серьезно ограничивало возможность оценки и понимания этих сложных процессов. Чтобы сделать информацию более доступной и интерактивной для исследователей, преподавателей и даже энтузиастов 3D-печати, данные были преобразованы в бесплатные цифровые файлы для 3D-просмотра на Sketchfab и в файлы для 3D-печати на Thingiverse. Работа и все данные опубликованы в журнале GigaScience.

Xenopus laevis стал хорошо изученным и универсальным модельным позвоночным организмом для исследований в области биологии развития благодаря доступности различных типов данных — от основополагающих экспериментов по трансплантации в эмбриологии начала XX века до современных работ с использованием технологий высококачественного секвенирования генома.

Эта легко размножающаяся лягушка особенно подходит для изучения реорганизации плана тела во время радикальных изменений при метаморфозе. Однако для прогресса в понимании этих процессов не хватало определенного типа данных.

Ведущий автор исследования доктор Якуб Харнос из Университета Масарика (Чехия) отмечает: «Существует заметный пробел в доступности всеобъемлющих наборов данных, охватывающих поздние стадии развития Xenopus».

Чтобы заполнить этот пробел, исследовательская группа использовала рентгеновскую микротомографию — метод 3D-визуализации — для создания анатомического атласа, более точно описывающего различные стадии развития X. laevis. Детальный анализ 3D-реконструкций на разных стадиях позволил авторам выявить ключевые изменения в анатомии от головастика до лягушонка и взрослой особи.

Яркий пример изменений формы, которые можно детально отследить с помощью этих высокоразрешающих данных, — смещение положения развивающихся глаз и точное время этого смещения. По мере развития расстояние между глазами прогрессивно уменьшается.

«Эта адаптация хорошо соответствует жизненной стратегии лягушки: переход от водного головастика с боковым расположением глаз к взрослой особи с глазами на верхней части головы для подводного образа жизни, что напоминает крокодилов», — отмечают авторы.

Кишечник лягушки также претерпевает значительную перестройку во время метаморфоза. За 8-дневный период кишечник укорачивается примерно на 75%, а характер его извитости резко меняется. Этот процесс, который сложно изучать другими методами, можно детально проследить с помощью созданных исследователями данных микротомографии.

Другие анатомические особенности, которые демонстрирует новый 3D-атлас в высоком пространственном и временном разрешении, — различия между самцами и самками (самцы в итоге меньше) и тонкое расположение зубов X. laevis, которые скрыты за верхнечелюстной дугой.

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

Для облегчения доступа к печатным моделям для ученых, преподавателей и сообщества 3D-печати коллекция из 40 поверхностно-визуализированных 3D-моделей из анатомического атласа Xenopus laevis доступна на платформе Thingiverse. Встраиваемые цифровые модели также можно загрузить с сайта Sketchfab, они доступны для просмотра в исследовательской статье.