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싱크로 트론 - X - 레이 - tomography를 사용하여 서브 마이크론 해상도로 비침습 3D - 시각화


JoVE 737 5/27/2008

1Department of Evolutionary Biology of Invertebrates, University of Tubingen, 2European Synchrotron Radiation Facility

우리는 비 invasively 0.7μm의 픽셀 해상도와 3D 단층 데이터 세트를 생산하는 유럽 싱크로 트론 방사선 시설 (ESRF)에 싱크로 트론 X - 선 tomography를 사용했습니다. 볼륨 렌더링 소프트웨어를 사용하여이 histological sectioning 제작한 공예품없이 자연 상태에서 내부 구조의 재건 수 있습니다.

Other articles by Michael Heethoff on PubMed

밀접 한 관련이 종의 유전적 차이 의해 표시 된 성적 및 Parthenogenetic Oribatid 진드기 (Oribatida, 진드기)에서 방사선

D3 도메인과 밀접 하 게 관련 성적 종 (Eupelops hirtus 및 E. torulosus; 4 쌍의 28S Rrna의 flanking의 지역 Oribatella calcarata와 오 quadricornuta; Chamobates voigtsi 및 ch. 보 리 얼 리스. Liacarus coracinus 및 L. subterraneus)와 밀접 하 게 관련 parthenogenetic 종 (Nanhermannia 나 나과 없음. coronata; 4 쌍 Nothrus silvestris 및 번호 palustris; Tectocepheus sarekensis와 토니 부; Camisia spinifer 및 Ca. segnis) oribatid의 진드기 D3 지역 종 표식으로 사용할 수 있는 경우와 (2) 해당 되는 경우에 밀접 한 관련이 종 쌍 가운데 유전자 변형 및 크기 생식 모드와 관련 된 경우 (1) 조사를 시퀀싱 했다. 또한, 우리 oribatid 마이트 종 Platynothrus peltifer에서에서 D3 영역의 전세계 유전 변이 조사 했다. 공부; 종에 d 3 영역에서 intraspecific 유전 변이 전혀 없었습니다. 그것은 두 개의 밀접 하 게 관련된 parthenogenetic 종 (구나. 나 나과 없음. coronata)에 동일 하 고 두 밀접 한 성적 종 (E. hirtus 및 E. torulosus). 다른 종 쌍의 유전적 차이 표시 parthenogenetic 및 성적 계보는 다양 한 연령대. 그러나 평균적으로,, parthenogenetic 밀접 한 관련이 종 간의 차이 parthenogenetic lineages 역사적으로 존재 하 고 성적 종 보다 느리게 방출할 수 있습니다 나타내는 밀접 하 게 관련된 성적 종 사이 그들 보다 더 큰 했다. 이 연구의 연구 결과 (Tectocepheus, Nothrus) parthenogenetic oribatid 마이트 taxa의 일부 '고 대 asexuals'는 가설을 지원 합니다. Parthenogenetic 종 d 3 영역에서 intraspecific 또는 intra-individual 변이의 부재는 28S rRNA 유전자 공동된 진화의 존재와 일치 합니다. 이 알려진 다른 여러 parthenogenetic oribatid 종에서 automixy와 일치 하는 meiotic 프로세스의 존재를 유추.

Oribatid 진드기 (Oribatida, 진드기)의 분자 계통: Parthenogenetic 계보의 여러 방사선에 대 한 증거

D3 확장 세그먼트의 뉴클레오티드 시퀀스와 28S rDNA 유전자의 그것의 flanking 지역 대표 성적 및 성과 관계가 없는 oribatid 진드기 (Oribatida, Acariformes) 간의 phylogenetic 관계 평가 하 사용 되었다. 이 연구의 목표는 oribatid 진드기 동안 parthenogenetic 방사는 성과 관계가 없는 종의 수 종-풍부한 클러스터 이루어져 가설을 조사 했다. 또한, oribatid 진드기 내 paedomorphic 혈통을 나타내는 hypothesised는 astigmate 진드기 (Astigmata, Acariformes)의 체계적인 위치 조사입니다. 이것은 뉴클레오티드 시퀀스 기반 oribatid 진드기 s.l. (Astigmata 포함)에 대 한 첫 번째 phylogenetic 트리 이다. D 3 영역에서 intraspecific 유전자 변이 매우 낮은 경우,이 지역에 좋은 종 마커는 가설을 확인 합니다. 이웃 (NJ)에 가입 하 고 최대 간결 (MP) 알고리즘의 결과 Camisiidae, Nanhermanniidae 및 Malaconothridae 같은 여러 종의 풍부한 parthenogenetic 그룹 monophyletic, 일부 oribatid 마이트 그룹 parthenogenetic 임에도 불구 하 고 다양 한 가설과 일치 함을 나타냅니다. MP 및 최대 가능성 (ML) 메서드 표시 D3 지역은 elucidating oribatid 마이트 종 (속, 가족) 작은 규모의 관계에 대 한 좋은 도구입니다 하지만 뉴저지 알고리즘에서 분기 MP 및 ML 트리에서 축소 때문에 대규모 분류에 대 한 신뢰성 이다. 다른 알고리즘에 의해 계산 하는 모든 나무에서 Astigmata로 oribatid 진드기 내 클러스터 이전 제안.

이미징 Synchrotron X-ray 위상 대조 Microtomography 생물 형태 및 생체 재료 과학에서의 응용 프로그램. I. 일반 기술과 밀리미터 크기의 Arthropod 구조의 분석에 장점이 측면

Synchrotron 생성 된 x-레이 과학자 들은 다양 한 조성 분석 및 표본 자료의 모든 종류의 구조에 대 한 적절 한 조사 기법을 제공 합니다. 여기, 우리 synchrotron 생성 된 x-레이 밀리미터 크기의 생물 학적 유기 체 및 생체 재료의 질적 형태학 연구에 대 한 제공 하는 장점의 속성을 설명 합니다. 해부학 벌레 머리, 전체 microarthropods와 딱정벌레 beamline ID19 유럽 Synchrotron 방사선 설비 (ESRF)의 모든 점프의 cuticular 힘 줄의 3 차원 재구성의 사례 연구는 해 부 구조 조사에 사용할 수 있는 위상 대조 단층 촬영 기법을 설명 하기 위해 제공 됩니다. 다양 한 샘플 준비 기술 설명 및 비교 하 고 우리가 특히 성공 발견 실험 설정 받는다. 전통적인 조직학 얇은 단면으로 기술의 장단점을 비교, 우리는 그 synchrotron 방사선 microtomography microanatomy을 생물학에 큰 잠재력을가지고 결론 지었다.

작지만 강력한: 어울리지 않게 높은 부 대를 생산 하는 Oribatid 마이트 Archegozetes Longisetosus 아오키 (진드기, Oribatida)

우리는 지주를 조사 하며 당기는 힘 생성은 microarthropod의 발톱에 의해 Archegozetes longisetosus (Chelicerata, 진드기, Oribatida) 3 기판에 다른 거칠기 (R (a) = 0.05 microm, 1 microm, 30 microm). 세력을 잡고 있던 스트레인 게이지를 사용 하 여 기판에 측정 된 수직 강제로 변환기; 당기 세력 분석 규모를 사용 하 여 기판에 평행 측정 했다. 표면 거칠기와 생성 된 힘의 중대 한 긍정적인 상관관계를 찾았습니다. 진드기 제작 가로 거친 표면에 지주 세력 (R (a) = 30 microm) 1180 번까지 그들의 무게; 수직 거친 표면에 (R (a) = 30 microm) 530 번 그들의 무게를 효과적으로 관련 된 두 쌍의 다리와 함께 가져올 수 있습니다. 상대 세력은이 크기의 유기 체에 대 한 이론적으로 예상 보다 5 배 높은 (< 1mm, 100 microg)와 곤충 발톱에 대해 보고 된 모든 상대 세력 보다 더 높은. 근육 최대 1170 kN m(-2), decapod 갑각류 발톱에 가까운 근육에 의해 뛰어납니다만 값 발톱 생산 작업 스트레스에 관여. 우리 chelicerate apoteles와 발톱 그리고 어떤 microarthropod에 의해 생성 된 힘을 측정 하는 최초의 여 성과의 첫 번째 연구 이다.

거미 류의 한 입자 먹이 동물, Archegozetes Longisetosus (진드기, Oribatida)에 배변 하는 동안 근육의 역할

대부분의 현존 Chelicerata 외부 소화와 액체 식품의 섭취에 의해 특징. 예외는 해양 taxa, 대부분의 Opiliones, Opilioacarida (Parasitiformes) 및 Sarcoptiformes (Acariformes), 미 립 자 음식 섭취는 마이트 그룹 등이 있습니다. 식품 가공, 생산 및 sarcoptiform 진드기에 오히려 큰 고체 분 변 알갱이의 돌출을 포함 하 여 다른 생리 및 형태학 적응을이 끈다. 몇 연구 조사 등 대형 분 변 알갱이 깨끗 하 게 함 및 사용할 수 있는 정보는 모순. 우리 oribatid 마이트 Archegozetes longisetosus 아오키의 항문 영역의 복잡 한 기능적 형태 조사 비 침략 적 현미경 기술 그리고 in vivo 시험의 조합을 사용 합니다. 항문 개통은 적어도 dorsoventral 근육 (dvm)의 행동을 통해 hemolymph 압력의 증가 통해 간접 근육 질 액션에 의해 시작 됩니다. 지저분한 펠 렛 압출 prerectal 근육 칼라의 전체 항문 및 회전의 열기와 아마 펠 릿의 압력에서 발생 하는 플레이트의 굴복에 의해 수행 됩니다. 이러한 작업의 순차 자연 항문 부분적 으로만; 열 많은 관찰에 의해 입증 되었다 이 dmv 수축과 수반 하지만 펠 릿 하지 돌출 되 고 있었다. 항문 및 adanal 지역에 직접 연결 된 모든 근육 항문 폐쇄; 유지에 도움 그들은 정상적인 활동에 필요한 수압 세력을 길 항 제입니다. 보다 전문적인된 oribatid 진드기의 대부분의 근육을 homologized 수 있습니다 하지만 문학을 바탕으로, 아니 명백한 유사점 다른 입자 먹이 chelicerates에서 깨끗 하 게 함 근육으로 지적 했다. 바깥쪽 항문 근육의 기능은 Euphthiracaridae와 Brachypylina 일반 hemolymph 압력을 제공 하 고 지원 하기 위해 수정 되었습니다.

Euphthiracaroidea에서 Ptychoid 방어 메커니즘 (진드기: Oribatida): 기능적 고려와 근육 질의 요소 비교

Ptychoidy Oribatida (진드기), 동물 수는 idiosoma로 자신의 다리를 철회 하 고 캡슐화의 일부 그룹에 기계적 프레데터 국방입니다. 이 메커니즘은 형태소 각 색 한의 수에 의해 활성화 됩니다. Cuticular ptychoidy에 관련 된 요소 수에 따라 다를 Euphthiracaroidea (Oribotritia banksi 및 Rhysotritia ardua)에서 두 종류의 ptychoidy에 관련 된 근육 질의 요소를 비교 하 synchrotron X-ray microtomography의 비-침략 적 기법을 사용 했습니다. 우리는 이러한 cuticular 구조와 해당 근육의 사이 강한 기능 상관 관계 존재 가설. 우리는 다양 한 양적 및 질적 근육 형태에 관한 뚜렷한 차이 발견. 다른 근육 구성 기능에 미치는 영향을 테스트를 위해 우리가 시뮬레이션 silico (캡슐화 / 열)에 두 개의 조건을 철회에 대 한 책임이 있는 prodorsum 측면 조정기 근육 (pla)의 공간적 상대 힘 벡터 및 캡슐화 하는 동안 조정 된 prodorsum의 분석. 우리는 기능 보여주는 이러한 근육의 형태는 강력 하 게 두 종 사이의 다릅니다 그리고이 해당 cuticular 요소의 구조에 의해 설명할 수 있다. 또한, pla, 역학 캡슐화, 동안 수축 정도 의해 측정 되는 보다 두 배 높은 보다 R. ardua에 오 banksi에.

첫 번째 Cleavages, Preblastula 및 Parthenogenetic 마이트 Archegozetes Longisetosus (진드기, Oribatida)에서 Blastula 피상적인 분열 하는 대신 Holoblastic 나타냅니다

분열에는 진드기의 모드 피상적으로 일반화 또는 총 (holoblastic) 유 방 사이의 골짜기, 하지만 지식 이전 단계와 intralecithal는 단편적인과 동일한 종에 관련 된 경우에 결론 일관 되어 있다. 초기 발생 학에 대 한 데이터가 없는 Oribatida speciose 그룹에서 사용할 수 있기 때문에, 우리는 Archegozetes longisetosus를 전송 전자 현미경 검사 법을 사용 하 여 공부 했다. 우리는 진드기의 초기 발생 학에서 중요 하 고 논쟁 적인 포인트를 이들은 초기 cleavages 및 blastula, 형성에 집중 했다. 우리가 예상, 다른 acarine 달걀, holoblastic이 고 피상적인 preblastoderm 무대 뒤 초기 cleavages postulated. A. longisetosus의 초기 cleavages holoblastic 이며 blastomeres 노 른 자 무료 micromeres 및 macromeres를 포함 하는 모든 노 른 자를 일으키 다. 기대, 반면에 micromeres 표면 preblastoderm 층을 형성 하지 않습니다. 그들은 배아 표면 및 양식 외부, 태아의 전체 표면을 커버 하는 monocellular 계층을 따라 흩어져 있습니다. 진드기의 기존 편 연구의 각각이 동일한 패턴을 보여줍니다 때문에 하 고 이후 총 분열이 특수 한 형태의 Chelicerata에서 독특한 것 같다, 진드기에 분열의 일반 모드 수 있습니다. 그러나, 질문 특히 이후 대부분의 데이터 관련 된 Actinotrichida와 매우 몇 가지 다른 주요 그룹, Anactinotrichida는 수 종에 대 한 현재 사용할 수 있는 더 많은 조사가 필요 합니다.

통합 분류: 형태학, 분자 및 화학 데이터 결합 종 묘사를 복잡 한 Parthenogenetic Trhypochthonius Tectorum에 대 한 (진드기, Oribatida, Trhypochthoniidae)

이 오랜 논란이 어떻게 parthenogenetic 종에 대 한 생식이 모드에 대 한 일반적으로 인정 된 종 개념의 부재에서 정의할 수 있습니다. 분자와 형태학 별개 monophyletic 엔터티를 식별 하기 위해 데이터를 결합 한 통합 접근 제안 했다. 이 방법을 사용 하면 parthenogenetic lineages speciation 최근 bdelloid 무시와 oribatid 진드기의 그룹에 대 한 시연 했다. Trhypochthonius tectorum, Trhypochthoniidae, 전적으로 parthenogenetic desmonomatan 가족 으로부터 oribatid 마이트 전통적으로 중앙 유럽에서 단일 종으로 처리 됩니다. 그러나, 두 개의 새로운 형태학 lineages T. tectorum의 일부 오스트리아 인구에 대 한 최근 제안 했다 고 소설 subspecies (T. silvestris europaeus) 또는 양식 (T. 나무 forma occidentalis)으로 설명 했다. 이 분리에 이르렀고 미토 콘 드리 아와 핵 DNA 시퀀스 taxonomical이 가설을 테스트 하려면 복잡 한 exocrine 기름 샘 분 비의 화학 성분에 추가 하는 형태학 및 morphometrical 데이터를 사용 했습니다. 이것은 이러한 세 가지 유형의 oribatid 진드기의 통합 taxonomical 조사에 대 한 데이터를 결합 하 여 첫 번째 시도 이다.

Oribatid 진드기와 독 개구리의 피부 미치 죠입니다

Archegozetes Longisetus 아오키의 Gnathosoma의 미세 구조 (진드기: Oribatida, Trhypochthoniidae)

Oribatida 토양에서 주로 중요 한 decomposers 구성 된 진드기의 주요 그룹 중 하나입니다. 대부분의 종은 입자 지류, Arachnida에서 영양의 뛰어난 모드입니다. 따라서, 그들의 수 유 기관, gnathosoma, 특수 기능 관련 되어 있습니다. 우리 공부 reconstructions synchrotron X-ray 모델 oribatid Archegozetes longisetosus에서에서 microtomography를 기반으로 검색 및 전송 전자 microscopies를 사용 하 여 거의 모든 구성 요소. Cuticular 구조 외에도 근육의 전체 집합에 설명 하 고는 chelicera의 기지에서 부품 잔해의 존재를 확인. Prodorsum에 setae 앞쪽에 및 사후 infracapitular setae 몸의 관 시체로 끝나는 두 dendrites에 의해 innervated 있습니다. Adoral setae, chelicerae, 앞쪽에 setae 및 supracoxal setae dendrites 보여도 분명 관 시체도 벽 또는 터미널 세공. 따라서 그들의 기능은 애매 한 남아 있습니다. 처음으로 근육 proprioreceptor Arachnida에서 발견 되었습니다. 아마는 chelicera의 움직이는 자리를 이동 하는 근육의 동작을 모니터링 합니다. 선 내에서 구조와 연관 된는 gnathosoma와 같습니다. 피부 땀 샘 분 porose 영역으로 표시 합니다 infracapitulum 내에서 찾을 수 있습니다. 더 복잡 한 연결 된 땀 샘 podocephalic 분 비와는 덕트 처음으로 완전 하 게 추적 infracapitular 샘으로 구성 됩니다. 설명 된 구성 요소는 주로 Actinotrichida (Acariformes), 진드기의 두 계보의 gnathosoma에 대 한 근본적인, 어떤 Oribatida는 속한다. Gnathosoma은 일반적으로 진드기의 가장 관련성이 높은 상 synapomorphy 간주 됩니다. 때문에 진드기의 monophyly 지난 수 십년 동안 점점 더 의심 되 고 있으며,이 신체 일부의 철저 한 reinvestigation acarine와 심지어 거미 류의 동물 유전자와 진화의 포괄적인 이해에 대 한 필요 하다. 이 문서는 gnathosoma의 이러한 재평가의 출발점을 제공합니다.

맛 있는 하지만 보호-oribatid 진드기 화학 방어의 첫 번째 증거

Oribatid 진드기 (진드기, Oribatida) 중 가장 풍부한 나타내고 토양, 하지만 약간의 단백질 음식을 거미줄에서 microarthropods의 speciose 그룹 육 식 동물에 의해 그들의 탑-다운 레 귤 레이 션의 알려져 있다. Oribatids는 상대적으로 수명이 긴 수많은 형태학 방어 적응 해야 하 고 그래서 '적 없는 공간'에 살고 있는 제안 되었습니다. 가장 그들의 적응 값은 경험적으로 테스트 적이 있지만 또한 탄화수소, terpenes, 방향족와 미치 죠 아마도 allomonal 기능,의 종의 혼합물을 생산 하는 대형 exocrine 석유 땀 샘의 쌍을가지고. 우리는 모델 oribatid 종 Archegozetes longisetosus의 기름 분 비 방전 프로토콜을 개발. 그리고 컨트롤로 치료 진드기를 사용 하 여 polyphagous Stenus 딱정벌레 (Staphylinidae)를 먹이로 '해체' 개인을 제공 합니다. Stenus 주노 행동 시퀀스 및 성공률 springtails, 일반적인 먹이에 먹이 때 관찰 된 것과 유사한 해체 진드기에 먹이. 반면, 전체 분 비 컨트롤 그룹에서 진드기 거의 완전히 거부; 접촉 선 영역을 elicited 강한 반응과 딱정벌레에 동작을 청소. 이것은 화학 방어에 대 한 oribatid 마이트 석유 침 샘 분 비의 적응 값의 첫 번째 증거 이다. 기름 분 비 방전의 프로토콜 방어 전략의 형태학, 화학적 측면을 구분 하는 것을 목표로 oribatid 진드기의 하향식 제어에 대 한 미래의 연구 촉진 한다.

Oribatid 진드기에 대 한 '적 없는 공간' 확대: Stenus 주노로 브 딱정벌레에 대하여 청소년 Archegozetes Longisetosus의 화학 방어에 대 한 증거

성인 oribatid 진드기 '적 없는 공간' 수많은 형태학 및 화학 방어 전략 때문에 기능적으로 살고 생각 된다. 그러나, 진드기, oribatid 가장 청소년 강화 된 손톱을 부족 하 고 따라서 더 강한 포식 압력을 받고 있을 것으로 생각 되. 다른 한편으로, oribatids의 대부분 exocrine 석유 땀 샘에에서 있는 모든 발달 단계 아마도 렌더링 화학 방어 청소년 Oribatida에 중요 한 생존 전략. 우리를 완전히 그들의 기름 분 비 방전 모델 oribatid 마이트 Archegozetes longisetosus의 tritonymphs를 조작 하 고 polyphagous로 브 비틀 Stenus 주노가 화학적으로 해체 표본 제공. 해체 표본 쉽게 소비 했다. 이와 대조적으로 채워진된 기름 분 비와 표본 크게 보호 되었다, 딱정벌레에 의해 거부 되 고. 이것은 기름 샘 분 비 물 제공 큰 arthropod 포식 자에 대 한 화학 보호 청소년 oribatids 소프트 바디 최초의 직접적인 증거 이다.

인위적인 자극을 사용 하 여 Oribatid 마이트 화학 방어 트리거링

대부분의 oribatid 진드기는 그들의 exocrine 기름 선 분 비 물 100 개 이상의 서로 다른 화학 성분 (terpenes, 탄화수소, 방향족 고 미치 죠) 설명 되어 있는 잘 알려진. 대부분의 종에 대 한 수수께끼의 하지만 알람 pheromonal이 비의 생물 학적 기능 유지 및 allomonal 함수는 가설, 하 고 어떤 경우에. 여기에, 우리는 모델 oribatid 마이트 Archegozetes longisetosus 아오키 방어 비의 출시를 유도 하기 위해 다른 실험 자극 테스트. 재현할 수 및 전체 퇴 학 석유 침 샘 분 비의 다양 한 기계적 자극을 초래 하지 않았다, 반면 헥 산으로 반복된 치료 완전 방전을 이끌었다. 생존, 개발 및 복제 등의 생활 역사 매개 변수 헥 산 처리에 의해 영향을 하지 했다. 반복 된 헥 산 트리 트 먼 트도 Euphthiracarus cribrarius Berlese에서에서 석유 땀 샘의 완전 소모 귀착되 었 다.

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