Техника использует флуктуации пикселей видео для измерения энергозатрат развивающихся эмбрионов

Ученые совершили крупный прорыв в изучении эмбрионального развития и его уязвимости к внешним факторам, таким как изменение климата.

Исследователи из Плимутского университета разработали передовую технику, позволяющую мгновенно анализировать биологические признаки и поведение развивающихся эмбрионов как энергетическую сигнатуру, а не фокусироваться на отдельных характеристиках.

Метод, описанный в исследовании, опубликованном в BMC Bioinformatics, основан на видеозаписи с интервальной съемкой (timelapse) самых ранних и динамичных стадий жизни водных животных — в частности, эмбрионов пресноводного прудовика Radix balthica.

Каждое видео состоит из серии отдельных пикселей, яркость которых меняется от кадра к кадру. Команда разработала способ использовать эти флуктуации для отслеживания детальных изменений в использовании энергии.

Полученные энергетические прокси-признаки означают, что вместо выбора отдельных аспектов для измерения ученые могут захватить все признаки, видимые на видео, как спектр энергетических значений, отражающий более широкий диапазон биологического ответа.

Энергетические прокси-признаки заметно отличаются по своей реакции от традиционных измерений фенотипа (наблюдаемых характеристик организма), таких как частота сердечных сокращений или движение. Важно, что они высокоспецифичны к разным температурам на протяжении всего развития.

Команда также использовала эту технику, чтобы показать, что общее количество энергии, выраженное во время развития эмбриона, можно использовать для прогнозирования его скорости роста. Это позволяет предположить, что метод может отражать фактическое использование энергии самим эмбрионом.

По словам ведущего автора исследования доктора Оли Тиллса, новый метод имеет важные последствия для будущих исследований. Он переносим на разные виды и экспериментальные подходы и позволяет уйти от ограничений прежнего метода, который автор сравнивает с «бросанием дротов вслепую в надежде попасть в яблочко, выбрав релевантные биологические признаки».

Исследование основано на предыдущей работе той же команды по применению биоимиджинга, робототехники и компьютерного зрения для автоматизированных измерений размера, формы, движения и функций (включая сердечный ритм) водных организмов.