Новый метод биовизуализации заглянул в сердце эмбрионального развития

Учёные, использовавшие новаторскую систему биовизуализации для одновременной записи развития сотен водных эмбрионов, обнаружили значительное сходство между родителями и потомством в сроках и последовательности этого развития.

Исследователи из Плимутского университета выяснили, что сроки ключевых этапов развития — таких как первое сердцебиение, формирование глаз и движение — существенно различаются у особей одного вида водных улиток, но также и то, что эти сроки, по-видимому, наследуются, то есть передаются от матери к потомству.

Исследование, ставшее возможным благодаря специально созданной установке, объединяющей объектив с большой глубиной резкости (чаще используемый в авиационной безопасности), цифровую камеру без затвора и роботизированный столик микроскопа, проливает новый свет на связь между развитием и эволюцией. Оно публикуется в журнале Королевского общества Proceedings of the Royal Society B 21 августа.

Исследование, проведённое в Центре морской биологии и экологии, продолжалось четыре года, в течение которых учёные тщательно конструировали и совершенствовали свою систему визуализации.

Доктор Оливер Тиллс, руководитель проекта, заявил: «Связь между развитием и эволюцией остаётся одним из ключевых вопросов в биологии. Наука давно предполагала, что гетерохрония — изменение сроков событий развития между предками и потомками — может быть главным двигателем эволюционных изменений, но исследования в основном фокусировались на различиях в событиях развития между видами, исходя из предположения, что внутривидовые вариации незначительны. Нам удалось выявить поразительную вариацию внутри вида и показать, что время событий на ранних стадиях развития наследуется».

Эмбрионы улиток помещали в крошечные аквариумы, а их развитие записывали в трёхмерном высоком разрешении с помощью покадровой съёмки. Система биовизуализации позволила команде точно фиксировать изменения во всём теле животного, чтобы записать точное время 12 ключевых этапов развития, таких как формирование глаз, раковины и вылупление, на протяжении двух недель эмбриогенеза.

Команда обнаружила выраженное сходство между родителем и его потомством по всем 12 изученным событиям развития. Для двух из этих событий — прикрепления ноги (переход от скольжения по яйцу с помощью ресничек к прикреплению к внутренней поверхности яйца с помощью мускулистой ноги) и ползания — сила этого сходства была достаточно велика, чтобы указывать на наследуемость.

Доктор Саймон Рандл, доцент по пресноводной экологии, сказал: «Были явные свидетельства сходства в сроках всех 12 физиологических и морфологических событий развития между родителями и потомством, а также наследуемости сроков прикрепления ноги и ползания».

Профессор Джон Спайсер добавил: «Эти результаты бросают вызов нашему пониманию взаимодействия между развитием и эволюцией. Они проливают свет на потенциальные истоки повсеместной черты эволюции — различий в сроках событий развития, которые так очевидны между видами. И это захватывающе».

Исследовательская группа, входящая в состав факультета науки и окружающей среды университета и его Морского института, приняла решение построить уникальное устройство после того, как обратилась к ведущим мировым производителям объективов и микроскопов, но ей сказали, что ничего подходящего не существует. Созданное ими устройство имеет диапазон увеличения от 20 до 10 000 раз и может использоваться для изучения развития видов — от одноклеточных организмов до рыбок данио, с одновременным наблюдением до 384 образцов в отдельных маленьких аквариумах.