Видеотехнология может изменить мониторинг эволюционных изменений видов

Ученые совершили прорыв в изучении эволюции видов, доказав, что передовая визуальная технология позволяет отслеживать мельчайшие изменения в развитии организмов.

Исследование использовало комбинацию роботизированных видеомикроскопов и компьютерного зрения для измерения всех наблюдаемых характеристик эмбрионов трех разных видов.

Эти измерения регистрировались как спектры энергии. Через этот анализ ученые смогли сравнить различия между видами и ранее задокументированные изменения во времени наступления дискретных событий развития.

Детальный анализ этих так называемых Energy Proxy Traits (EPT) впервые показал, что традиционно измеряемые сроки событий развития связаны с гораздо более широкими изменениями всего набора наблюдаемых характеристик эмбриона.

Также обнаружены значительные изменения в наблюдаемых характеристиках эмбриона до и после начала каждого события развития.

Как отмечается в Frontiers in Physiology, применение выводов исследования может продвинуть изучение развития и эволюции, обеспечив большую глубину оценки биологического развития и возможность объединения данных по широкому спектру видов.

Это особенно важно в условиях, когда климатические и другие экологические изменения оказывают значительное — и часто вредное — воздействие на природу.

Исследование провела EmbryoPhenomics Research Group из Университета Плимута, опираясь на более чем 15-летний опыт новаторских работ по мониторингу эмбрионального развития.

Доктор Джейми Маккой, ведущий автор: «Наши результаты показывают, что измерение сроков событий развития — лишь верхушка айсберга в анализе эволюционных изменений. Оценивая EPT у трех видов, мы увидели, как этот подход может дать альтернативное понимание того, как развитие приводит к эволюционным изменениям».

Метод EPT

Метод EPT использует видеозапись с интервальной съемкой животных на самых ранних и динамичных стадиях жизни.

Кадры видео состоят из пикселей, яркость которых меняется от кадра к кадру из-за движений: бьющееся сердце, сокращения мышц или вращение всего эмбриона.

Исследователи преобразуют эти колебания значений пикселей в частотные данные, что позволяет отслеживать широкий спектр различных аспектов биологии развивающегося животного.

Это позволяет захватывать все признаки организма (например, изменения частоты сердечных сокращений или движения), а не выбирать отдельные части для измерения.

Доктор Оливер Тиллс, старший автор, пионер в области эмбриональной феномики с 2007 года: «Наше нынешнее понимание биологии ограничено технологиями для ее наблюдения. Это исследование знаменует значительный шаг вперед в том, как мы можем отслеживать развитие жизненных форм».

Основа метода

Метод EPT основан на пионерской работе, начатой почти 20 лет назад с ручных измерений.

Та работа, проведенная доктором Дженнифер Смиртуэйт и коллегами, задокументировала ряд гетерохроний (изменений во времени событий развития между видами) у нескольких видов пресноводных улиток.

В текущем исследовании EPT были применены к трем видам пресноводных улиток из того исследования, чтобы понять, связаны ли эти эволюционные изменения в сроках развития с более высокоразмерными изменениями фенотипа.