Новая технология детально показывает реакцию организмов на изменение климата

Революционная технология, созданная в Плимутском университете, может заполнить важный пробел в понимании того, как изменение климата повлияет на раннее развитие организмов.

EmbryoPhenomics сочетает уникальное аппаратное и программное обеспечение для автоматического измерения размера, формы, движения и частоты сердечных сокращений организмов, фиксируя мельчайшие детали их самого раннего развития.

Система состоит из:

• OpenVIM — полностью автоматизированного роботизированного видеомикроскопа для записи сотен водных эмбрионов в течение длительного времени.
• EmbryoCV — новаторского аналитического ПО, которое может автоматически измерять динамический процесс развития каждого эмбриона.

В статье в PLoS Biology исследователи заявляют, что технология позволяет эффективно визуализировать и измерять реакции целого организма на разные условия и может стать прорывом в биологии.

Они также отмечают, что, хотя фиксация динамических реакций крошечных ранних стадий жизни сама по себе сложна, эти стадии являются ключевыми и могут быть даже более чувствительными к стрессовым факторам окружающей среды, чем более поздние стадии жизни.

Ведущий автор исследования, доктор Оливер Тиллс, начал разработку EmbryoPhenomics около девяти лет назад во время получения степени бакалавра по морской биологии и прибрежной экологии. Сейчас он является частью Центра исследований морской биологии и экологии университета.

«Это была огромная задача, но на каждом этапе создания этой технологии мы наблюдали новые явления, и это действительно захватывающе. Технология, которая у нас есть сейчас, дает нам представление о развитии эмбрионов, которое раньше было невозможным. Объем данных, которые мы генерируем, огромен, и это позволяет нам оценивать воздействие повышенных температур, солености и многого другого способами, которые мы раньше не могли себе представить. Эта технология может стать настоящим прорывом в оценке биологических последствий нынешнего и будущего изменения климата».

Для статьи в PLoS Biology исследователи из Плимута и Института морских наук Национального исследовательского совета Италии сообщают о четырех экспериментах, в которых они сгенерировали более 30 миллионов изображений более чем 600 развивающихся эмбрионов.

Эксперименты были сосредоточены на двух широко распространенных и экологически важных видах беспозвоночных — прудовой улитке (Radix balthica) и морской креветке (Orchestia gammarellus).

В одном эксперименте они обнаружили предсказуемое увеличение движения, скорости роста и частоты сердечных сокращений у эмбрионов, выращенных при 25°C, по сравнению с 20°C. Однако у эмбрионов, выращенных при 30°C — температуре, с которой они теперь регулярно сталкиваются в своей среде, — динамика развития отличалась от таковой при более низких температурах. Команда сейчас использует EmbryoPhenomics для изучения механизмов, лежащих в основе этой реакции.

Эксперименты также выявили точки, в которых эмбрионы испытывали экстремальные или летальные биологические реакции. Технология EmbryoPhenomics предоставляет мощный и надежный способ оценки воздействия краткосрочных изменений окружающей среды, таких как погодные явления или загрязнение.

Исследователи подчеркивают, что, хотя эти эксперименты были сосредоточены на двух видах, технология изначально имеет широкую сферу применения, универсальна и применима к другим видам и областям исследований.

Профессор Саймон Рандл сказал:

«Речь идет не просто о быстром снимке, а о том, чтобы детально увидеть, как организмы себя формируют. Ранние стадии развития эмбриона являются наиболее чувствительными, и существует множество факторов, которые могут помешать организмам перейти от этой фазы к взрослой стадии. Понимая это более детально, мы можем начать строить картину того, что мы можем сделать, чтобы биоразнообразие не было утрачено по мере изменения нашего климата».