Name: אחת אורך גל צל הדמיה של Elegans Caenorhabditis נידות כולל כוח אומדנים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-18T19:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 41 s
Description: חקור מדידת מהירות וכוחות של נמטודות שוחות בחופשיות באמצעות הדמיית צל מונוכרומטית עבור Caenorhabditis elegans. שיטה זו מספקת חלופה זולה למיקרוסקופיה מסורתית לחקר ביומכניקה של אורגניזמים מיקרוסקופיים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו אסירי תודה על התמיכה ואסאר מכללה לתואר ראשון מחקר מכון הקיץ (ursi), קרן המחקר לסלמון לוסי מיינארד, הפרס נאס&quot;א מס NX09AU90A, המרכז הלאומי למדע קרן למצוינות מחקר במדע והטכנולוגיה (NSF-CREST) ​​מס &#39;הפרס 0630388 ומס &#39;הפרס NSF 1,058,385.

1. ג elegans הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את צלחות פטרי של ג בוגרים הצעיר elegans כמתואר בניסויים קודמים מעורבים השעיה של ג elegans בקובט מלא נוזל 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביום של ניתוח וידאו, לבחור נמטודות מבוגרים צעירה חי ישירות לתוך קובט מלא במים deionized, מזוקקים באמצעות איסוף פלטינה כפי שמתואר בשלב 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן מת ג elegans עם חשיפת כלורופורם. המשך על ידי ביצוע ההליך המתואר לקטיף נמטודות החי מתוארת בשלב 2. </li></ol> 2. התקנה אופטית לניתוח הווידאו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרכיב את ההתקנה הניסיונית ליצירת תמונות צל כפי שמוצג באיור 1. המצלמה יכולה להיות ממוקמת בכל מרחק מהמסך, כל עוד הוא מסוגל ללכוד תצוגה קדמית של המסך. מקום טוב ליד קובט מול המסך. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בלפחות שתי מראות כדילנווט את פלט לייזר הליום הניאון מתכונן להרחבת קרן גלילית, כך שהקרן מורחבת לקוטר של 12 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח נקבים אחד או שניים בנתיב הקרן, כך שהקרן עוברת דרך הנקבים בלי להיות מוסתר. השתמש בנקבים כדי להבטיח נשמר היישור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את האלומה התרחבה על קובט קוורץ רכוב שהוא 10 מ&quot;מ רחב, 10 מ&quot;מ עמוק ו4 סנטימטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להגדיל את הקרן באמצעות עדשת Plano-קמור עם אורך מוקד חיובי של 75 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מסך הקרנה כ 120 סנטימטר מהעדשה. מרחקים גדולים מזו יניבו ההגדלה גדולה יותר של תמונת הצל. עם זאת, האיכות של התמונה תקטן עם עוצמת אור נמוכה וnoticeability מוגבר של הפרעות עקיפה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הצב מצלמה במהירות גבוהה, אשר מסוגלים לפחות 60 fps, ממש ליד קובט מול המסך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מיקרוסקופ לנתח ליד הסט האופטיעד להעברה מהירה של נמטודות לקובט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באופן זמני לאבטח שליט שקוף עם חטיבות מ&quot;מ למרכזו של בעל קובט בניצב לקרן הורחבה כך שהפרויקטים קורה תמונה מוגדלת של השליט על גבי המסך. הגדר את קנה המידה האורך לניתוח וידאו. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במסך ההקרנה, לסמן את המרחק בקנה מידה באמצעות סרגל שקוף מחוץ למרכז מהתמונה המוקרנת, כדי למנוע הפרעה להקרנה. <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">לחץ כאן לוידאו.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הקלט את התמונה ולמדוד את ההגדלה. הסר את השליט מההתקנה. חזור על שלב זה עבור אורכי גל אחרים כמו זווית השבירה של אור לכל אורך גל דרך העדשה ישתנה בשל סטיות כרומטי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החלף את קובט ולמלא אותו עד למרחק של 1 מ&quot;מ של השפה עם מים מזוקקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל את ההקלטה בזמן שהאור בחדר הוא בכך שהמרחק בקנה מידה כלול באותומדה כתמונה המוקרנת. כבה את האור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות איסוף דק, שטוח חוט פלטינה, להעביר מבוגרים צעירים בודדים ג elegans אחד בכל פעם מהצלחת אגר לקובט ידי נגיעה בבחירה אל פני השטח של המים. נמטודות תהיה גלויה בעמודת המים כאשר הוא נכנס לקרן בשל אור מפוזר. <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">לחץ כאן לוידאו.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצלם את התמונות המוקרנות של התולעים כשהם עוברים דרך קרן הלייזר המורחבת. חשוב לציין כי התמונה המוקרנת היא הפוכה והתולעים יופיעו לנוע בכיוון ההפוך של התנועה שלהם בפועל. תולעים שהם יורדים עם כוח הכבידה יופיעו לנוע כלפי מעלה על המסך (איור 2). </li></ol> 3. וידאו נתונים הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבא את הווידאו לתכנית ניתוח וידאו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את קנה המידה באמצעות גורם הגדלה נקבע בעבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Track העקירה ליניארי של ראש נמטודות המוצלת עם לפחות 10 נקודות נתונים על כל הדרך שעשתה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא את המהירות בכיוון האנכי על ידי לקיחה נגזרת (&quot;Y&quot;, &quot;זמן&quot;) ולחלק את הערך זה על ידי גורם הגדלה קבע בשלב 2.2. </li></ol> 4. ניתוח נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנתח את הירידה ליניארית של ג elegans: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק כדי לוודא שנקודתי נתונים במצב האנכי לעומת גרף זמן, בדרך כלל בצורת קו ישר. ניתן להתעלם ממנו סטיות מסוימות בשל תנועת הראש של נמטודות. אם נקודות נתונים בדרך כלל בצורת קו ישר, המשיכו לשלב 4.1.2, אחרת הירידה אינה ליניארית והניתוח צריך להיות המשך באמצעות צעד 5.1 בפרוטוקול זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליצור קו רגרסיה ליניארית על ידי התאמת קו ישר 12 לנתונים מתפריט ניתוח. השיפוע של קו זה הוא אז את המהירות האנכית של ה-C.elegans. המדרון הוא השינוי בעמדה מחולק בשינוי בזמן על מרווח מסוים. לקבוע את המהירות יורד מתולעי חיים ומתים באופן זה (איור 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממוצע מהירויות השחייה האנכית מנמטודות. גודל מדגם של כ 50 תולעים מספיק. השוואה מהירויות השחייה בתולעים חיים עם מהירויות סחיפה בתולעים מתים. </li></ol></li></ol> 5. לנתח קוי Motion של ג elegans <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסעיף 3, בחר קובץ וידאו ניתח, אשר מראה ירידה קוי בתוך עמודת המים (איור 4). ירידה קוי יכולה להיות מזוהה באמצעות צעד 4.1.1 בפרוטוקול זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר &quot;Curve Fit&quot; מהתפריט &quot;ניתוח&quot; בתוכנת ניתוח וידאו. בחר סדר שני פולינום (מהמעלה השנייה). להתאים את העקומה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאזור של עניין, להתאים את הכושר על הגרף על ידי הזזה בסוגריים בכל צד of הכושר על הגרף עד העקומה הוא קרוב מאוד לנקודות נתונים בכושר ו / או גם בתוך סורגי השגיאה. התכנית הראויה נותנת ביטוי מתמטי לעקומה המצויד, שהוא מצב אנכי לעומת זמן. קחו למשל את השגיאות העקומה מצוידים ניתנו על ידי התכנית משויכת לתכונות פיזיות. שגיאה היחסית של 15% או מתחת היא בדרך כלל מתקבל על הדעת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף עוד עקומה מתאימה לכיסוי קטעים נוספים של הנתונים. שגם 13 הפונקציות לכיסוי אופטימלי: לוודא כי העקומה המתאימה חפיפה ולנסות ליישר עקומות סמוכות, כך שמשחק מדרונות באזורים החופפים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השג את המהירות לאזור של עניין על ידי לקיחה הנגזרת של העקומה המצויד באמצעות הביטוי המתמטי שהושג בשלב 5.1.3. מהירויות עשויות להשתנות בזמן. שים לב כי הנגזר הוא השיפוע של פונקציה. ניתן להשיג נגזר מבחינה מתמטית או באופן גרפי. במקרה זה זה מעשי להשתמש expr המתמטי נתוןession. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את הנגזרת השנייה של העקומות מצוידים כדי לקבל התאוצה. ההאצה עשויה להשתנות בזמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכפל את האצה על ידי מסת התולעת כדי לחשב את הדחף, המפעילה את התולעת. מסה המשוערת סבירה היא 3 מיקרוגרם בהנחה שהתולעת מורכבת בעיקר ממים. </li></ol>

<ol><li>Ward, A., Lie, J., Feng, Z., Xu, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-sensitive+neurons+and+channels+mediate+phototaxis+in+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans.</a> Nature Neurosci. 11, 916-922 (2008).</li>
<li>Pierce-Shimomura, J. T., Chen, B. L., Mun, J. J., Ho, R., Sarkis, R., McIntire, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+analysis+of+crawling+and+swimming+locomotory+patterns+in+C.+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 105-20987 (2008).</li>
<li>Vidal-Gadea, A. G., Davis, S., Becker, L., Pierce-Shimomura, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coordination+of+behavioral+hierarchies+during+environmental+transitions+in+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Worm%22%5BJournal%5D)">Coordination of behavioral hierarchies during environmental transitions in Caenorhabditis elegans.</a> Worm. 1, 5-11 (2012).</li>
<li>Berri, S., Boyle, J. H., Tassieri, M., Hope, I. A., Cohen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forward+locomotion+of+the+nematode+C.+elegans+is+achieved+through+modulation+of+a+single+gait%5BTitle%5D)+AND+%22HFSP+Journal%22%5BJournal%5D)">Forward locomotion of the nematode C. elegans is achieved through modulation of a single gait.</a> HFSP Journal. 3, 186-193 (2009).</li>
<li>Pawley, J. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKeller%2C+HE+%22Objective+Lenses+for+Confocal+Microscopy.+Handbook+of+Biological+Confocal+Microscopy%22">Objective Lenses for Confocal Microscopy. Handbook of Biological Confocal Microscopy</a>. , 3rd Edition, Springer. New York. (2006).</li>
<li>Conrad, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Depth+of+Field+in+Depth%5BTitle%5D)+AND+%22Large+Format+Page+Retrieved%22%5BJournal%5D)">Depth of Field in Depth.</a> Large Format Page Retrieved. , Available from:
 
 <a target="_blank" href="http://www.largeformatphotography.info/articles/DoFinDepth.pdf">http://www.largeformatphotography.info/articles/DoFinDepth.pdf</a> (2011).</li>
<li>Demtröder, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDemtr%C3%B6der%2C+W+%22Laser+Spectroscopy+Basic+Concepts+and+Instrumentation%22">Laser Spectroscopy Basic Concepts and Instrumentation</a>. , Springer 3rd Ed. New York. (2003).</li>
<li>Magnes, J., Raley-Susman, K., Melikechi, N., Sampson, A., Eells, R., Bello, A., Lueckheide, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Freely+Swimming+C.+elegans+Using+Laser+Diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22Open+J.+Biophys%22%5BJournal%5D)">Analysis of Freely Swimming C. elegans Using Laser Diffraction.</a> Open J. Biophys. 2 (3), 101-107 (2012).</li>
<li>Mood, A., Graybill, F., Boes, D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMood%2C+A+%22Introduction+to+the+Theory+of+Statistics%22">Introduction to the Theory of Statistics</a>. , 3rd edition, McGraw-Hill. (1974).</li>
<li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aTaylor%2C+JR+%22Classical+Mechanics%22">Classical Mechanics</a>. , University Science Books. (2005).</li>
<li>Magnes, J., Susman, K., Eells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+Locomotion+Study+of+Freely+Swimming+Micro-organisms+Using+Laser+Diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction.</a> J. Vis. Exp. (68), (2012).</li>
<li>Bevington, P. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBevington%2C+PR+%22Data+Reduction+and+Error+Analysis+for+the+Physical+Sciences%22">Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences</a>. , McGraw-Hill Book Company. New York. (1969).</li>
<li>Lyche, T., Schumaker, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Local+spline+approximation+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Approximation+Theory%22%5BJournal%5D)">Local spline approximation methods.</a> Journal of Approximation Theory. 15 (4), 294-325 (1975).</li>
<li>Kim, N., Dempsey, C. M., Kuan, C. -J., Zoval, J. V., O'Rourke, E., Ruvkun, G., Madou, M. J., Sze, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gravity+Force+Transduced+by+the+MEC-4%2FMEC-10+DEG%2FENaC+Channel+Modulates+DAF-16%2FFoxO+Activity+in+Caenorhabditis+elegans%5BTitle%5D)+AND+%22Genetics%22%5BJournal%5D)">Gravity Force Transduced by the MEC-4/MEC-10 DEG/ENaC Channel Modulates DAF-16/FoxO Activity in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 177, 835-845 (2007).</li>
</ol>

יש המחברים אין לחשוף.

טכניקת SWSI מספקת דרך נוספת להבין את יכולות locomotory של אורגניזמים מיקרוסקופיים כמו נמטודות חופשיות חי. בעזרת טכניקה זו יש לנו להבחין בין תנועה הפעילה (שחייה) והיסחפות פסיבית בשל כוח הכבידה פועל על נמטודות המתה. בנוסף, כאשר נמטודות שחייה חופשית לשנות כיוון בזמן תנועה במים, אנו מסוגלים למדוד את כוחות הגרר וכוחות זוויתי, הפועלים בנמטודות ומופעלים על ידי נמטודות. נמטודות נתקלות תנאים סביבתיים שונים בתוך הקרקע. ישנם כיסי מים בתוך אדמה, כמו גם חלקיקים מוצקים וחומרים ביולוגיים של צורות ומרקמים שונים. בנוסף, נמטודות להתקיים בתוך סביבת הכבידה שהם מגיבים ל14. יתר על כן, נמטודות סמוך לפני השטח של האדמה חשופות לאורכי גל שונים של אור, שינויים בטמפרטורה ובלחות, כמו גם ביולוגימשתנים כמו חיידקים, פטריות טורפת ואורגניזמים אחרים באדמה. נמטודות חייבת להגיב לכל משתנים השונים אלה, שחייה וזחילה באמצעי תקשורת שונה, מפנה ושינוי אסטרטגיות ניווט. כל החישובים המורכבים הללו מבוצעים על ידי רק 302 נוירונים, קבוצת משנה של אשר מעורבים בתנועה, ו95 תאי קיר שרירים גוף. מדידות מהסוג שתואר על ידי טכניקת SWSI מספקות תובנה חשובה לתוך כיצד נמטודות להשיג מורכבות ניווט זה. לחלק הראשון, יש לנו למדוד את קצב יורד הכולל של ג wildtype elegans ב633 ננומטר אור. שימוש במדידות אלה, אנחנו יכולים להעריך את כוח גרר מפגשי תולעת. למקרה המבחן של נמטודות מואצת, הכוחות מעורבים שינוי ברציפות מאז כוח גרר השינויים במהירות. יש כמה דברים שאנו יכולים לעשות על הכוחות הפועלים על התולעת. כתולעת מאיטה ומנסה swim כלפי מעלה את הרכיב האנכי של כוח הגרר יורד עד שזה מגיע לאפס בנקודת המסלול של נמטודות הנמוכה. בשלב זה, את התולעת חייבת להיות כוח כלפי מעלה כדי לשחות למעלה. שיטה זו יכולה להיות שונה בכמה דרכים. כל מינים מיקרוסקופיים שמנווט בנוזל שקוף ניתן לעקוב באמצעות SWSI. ניתן לבצע מחקרים עם כל אורכי גל שאינם נגישים למצלמות דיגיטליות. מצלמות דיגיטליות בדרך כלל יאספו את אורכי גל הנעים מ-UV אל IR הקרוב. בנוסף, ניתן לבצע מחקרים אופקיים על ידי הפניית הלייזר אנכי כלפי מעלה. אז יכולים להיות ממוקמים המינים על משטח שקוף אופקי, כמו שקופיות מיקרוסקופ. התאמת ההרחבה הקרן או בעדשת המגדלת אחרי ההרחבה הקרן יכולה לחדד תמונות מטושטשות. המשתמש צריך להיות בטוח כדי להדק את כל הרכיבים לשולחן, כדי להבטיח יישור קורה עקבי וקל. השיטה היא מוגבלת על ידי wavelengt לייזר זמיןhs ורזולוציה. בעיקרו של דבר את היתרונות של שיטה זו על פני מיקרוסקופים קיימים, שהן הגמישות בכיוונים ואורכי גל, גם חולשות מאז ההתקנה היא פשוטה. אופטיקה והכתמים לא מתוחכמים של הלייזר מגבילים את הרזולוציה. כמה מהחסרונות הללו בהחלט יכולים להיות שיפור בעתיד על ידי כולל מסנן המרחבי ומקרין את התמונה ישירות על גבי מצלמה CCD. בקלות ניתן ללמוד השלבים הקריטיים ביותר בפרוטוקול כניסוי מתבצע בפעם הראשונה. הצבת נמטודות בקובט מבלי ליצור מערבולת היא קריטית. כמו כן, תנודות עלולות להפריע להתקנה ומשנות את התנהגותם של התולעים. הקפד להגביל את הכוח, המשמש לצל תמונה. 2 mW לקרן לייזר שהיא 1 מ&quot;מ קוטר צריך להיות המקסימאלי כדי למנוע תופעות חימום. ההתקנה צריכה להיבדק לפיזור לוואי בעת שימוש בנוזלים אחרים מלבד מים מזוקקים. רוב מ &#39;נכון לעכשיוicroscopes פועל על מישור אופקי באמצעות מסנני אור או בצבע לבן, שהם עדיין רחבים מאוד בטווח אורכי הגל. מיקרוסקופים שבאמת משתמשים באורכי גל בודדים ויש לי גמישות בתרחיש הצפייה, כלומר מיקום אופקי, מוגבלים בדרך כלל לטובה אחד או אחרת. כמו כן, אלו סוגים של מיקרוסקופים הם בדרך כלל יקרים מאוד ועדיין מוגבלים למטוסי מוקד בניגוד לשיטה שלנו. ההתקנה שלנו בקלות יכולה להיות בנויה עם תקציב נמוך ביותר. שיטה זו היא מוכנה לשימוש על ידי בתי ספר, חברות סביבתיות, כמו גם גופים אחרים הפועלים במימון קטן. בעתיד, בשיטה זו ניתן להשתמש בהגדרה מאוד מתוחכמת כדי לחקור תופעות בזמן אמת על התנועה וmechanosensation של מינים מיקרוסקופיים. שיטה זו הופכת את מחקרי אורך גל יחיד במגוון רחב של זוויות ועומקי צפייה זמינים בקלות.

elegans Caenorhabditis הוא נמטודות קרקע מועילות חיים חופשיות שהיא אורגניזם מודל רב עוצמה ללימוד מנגנונים של ויסות הגנים, פיתוח ולאחרונה להבנת ביולוגיה והתנהגות חושיות. למרות שיש רק 302 נוירונים, ג elegans מסוגל תבניות מורכבות locomotory, התנהגויות רבייה, ניווט, chemotaxis והרבה התנהגויות אחרות. ג elegans להחזיק מכאני, chemoreceptors ואפילו לזהות אורכי גל כחולים של אור (וורד et al. 2008) 1. בעוד הרבה ידוע על המעגלים העצביים של תפקוד חושי ודפוסי locomotory כלליים בג elegans, פחות ידוע על התגובות לגירויים מרובים, בו זמנית, או תנאי סביבה מורכבים יותר ממה יכול להיות מודל תחת מיקרוסקופ. כמה מחקרים גילו דפוסי locomotory מורכבים יותר, כי הם 2,3,4 פלסטיק מאוד. הגישה המתודולוגית שלנו תאפשר לימודים של nematodes בפתרון בזמן אמת שבו אנחנו בקלות יכולים לספק תנאי סביבה מרובים בו זמנית. שאלה זו קשה לתת מענה תוך שימוש בטכניקות הדמיה המבוסס על מיקרוסקופ קונבנציונליות. פיתחנו טכניקת הדמיה המאפשרת לנו למקם את נמטודות בתוך עמודת מים לבחון התנהגויות locomotory, כמו גם לקבוע את היכולות של נמטודות לשנות תנועה בתגובה לתנאים סביבתיים שונים. אורך גל יחיד צל ההדמיה (SWSI) מוצגת במאמר זה בפעם הראשונה כדי לענות על החסרונות של מיקרוסקופים מסורתיים. מיקרוסקופים מסורתיים מוגבלים לתצפיות במינים במישור מוקד אופקי מיקרונים אחדים בעומק 5,6. לגבי מחקרי אורך גל יחיד, רוב מיקרוסקופים מסורתיים להשתמש במסנני צבע כדי לסנן אור לבן באופן כללי מאוד, בדרך כלל, ננומטר 50-100. שימוש בליזר לSWSI מצמצם את בחירת אורך הגל לננומטר פחות מ 1, תוך שמירה על סימןעוצמת אור ificant 7. באופן דומה, באורכי גל בודדים היה בשימוש כדי למדוד תדרי חייה של ג elegans בזמן אמת 8. להפגנה הראשונה של השיטה שלנו, אנו עוקבים אחר המצב האופקי, x, והמצב האנכי, y, של ג שוחה בחופשיות elegans בעמודת מים, על פני מרחק של כ סנטימטר. בפרט, אנו מעוניינים בתנועה האנכית מאז הכבידה פועל גם בצורה אנכית. שיפוע ליניארי מתאים למצב האנכי נותן את המהירות האנכית, y v, של נמטודות כפי שהוא יורד בעמודת המים: <img alt="נוסחה" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> (1) שורש ממוצע ריבוע של השגיאה (RMSE) 9 מציין את האיכות של הכושר ומציין אם המהירות יורד בדרך כלל קבועה. אז המהירויות האנכיות בממוצע לEACמיני שעות ותולעים מתים. שימוש בתוצאות הללו, דראג, שניסיון התולעים יכול להיות מוערך. להפגנה השנייה של השיטה שלנו, בחרנו ג elegans שלא ירד בקצב קבוע שלא כמו רוב התולעים שנצפו. התולעים שנבחרו או הסתובבו ושחו כלפי מעלה או ריחפו במשך זמן מה לפני שאמשיך בירידה. מבחינה פיזית, מקרה זה מראה שהדחף של מיקרואורגניזם שחייה יכול להיות מחושב. חוקי ניוטון להכתיב כי גוף שמשנה כיוונים מאיץ, מה שמרמז על כוח שקול, <img alt="פורמולה 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> , הוא הפועל על הגוף ש10: <img alt="פורמולה 2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> (2) איפה <img alt="עמ &#39;" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" /> הואאת המומנטום ולא ליניארי הוא זמן. ההאצה של התולעת עומד ביחס ישר לכח הפועל על התולעת מאז המסה של התולעת נשארת קבועה. כתוצאה מכך, הכח השקול האנכי הוא: <img alt="פורמולה 3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> (3) כאשר m הוא המסה של תולעת וy מייצג את התאוצה האנכית. הכח השקול בכיוון האנכי מייצג אז דחף התולעת באותו הכיוון. הדחף הכולל ניתן לחשב על ידי לקיחת הרכיב האופקי בחשבון.

<table><tbody><tr><td>לייזר הליום-ניאון מתכוונן&nbsp;</td><td>מחקר אלקטרו-אופטיקה</td><td>30602</td><td>ניתן לבחור ארבעה אורכי גל בין 543 ננומטר ל-633 ננומטר.</td></tr><tr><td>2 מראות אלומיניום קדמיות</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-F01</td><td></td></tr><tr><td>מצלמת Exilim במהירות גבוהה</td><td>Casio</td><td></td><td></td></tr><tr><td>קוורץ Cuvette</td><td>Starna Cells</td><td>21/G/5</td><td></td></tr><tr><td>LoggerPro (תוכנה)</td><td>Vernier</td><td></td><td>http://www.vernier.com/products/software/lp/</td></tr> <tr><td>Mathematica 8</td><td>Wolfram</td><td></td><td>http://www.wolfram.com/</td></tr><tr><td>זום משתנה 5x-10x מרחיב קרן גלילי</td><td>Thorlabs</td><td>BE05-10-A</td><td></td></tr><tr><td>עדשת פלנו-קמורה עם אורך מוקד חיובי של 75 מ"מ</td><td>Thorlabs</td><td>LA1257</td><td></td></tr></tbody></table>

אחת אורך גל צל הדמיה של<em&gt; elegans caenorhabditis</em&gt; נידות כולל כוח אומדנים

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

מחקר זה מדגים טכניקה זולה ופשוטה המאפשרת המדידה של תכונות פיזיות כגון מיקום, מהירות, תאוצה וכוחות מעורבים בהתנהגות locomotory של נמטודות המושעית בעמודת מים בתגובה לאורכי גל בודד של אור. אנו מדגימים כיצד להעריך את התנועה של האורגניזם מיקרוסקופי באמצעות יחיד אורך גל צל הדמיה (SWSI) באמצעות שתי דוגמאות שונות. הדוגמא הראשונה היא מחקר שיטתי ובר קיימא מבחינה סטטיסטית של הירידה הממוצעת של ג elegans בעמודת מים. במחקר זה, שהשתמשנו חיים וג wildtype המת elegans. כאשר השווינו את המהירות וכיוון התנועה פעילה נמטודות עם מוצא הפסיבי של תולעים מתים בתוך השדה כבידה, מחקר זה לא הראה שום הבדל במוצא-פעמים. הירידה הממוצעת הייתה 1.5 מ&quot;מ / שנייה ± 0.1 מ&quot;מ / שנייה עבור שניהם את התולעים חיים ומתים באמצעות 633 ננומטר קוהרנטיתאור. הדוגמא השנייה היא מקרה של ג פרט בחר elegans שינוי הכיוון במהלך הירידה בעמודת מים אנכית. תאוצה וכוח הם נותחו בדוגמא זו. מקרה זה מדגים את ההיקף של תכונות פיזיות אחרות שיכול להיות מוערכת באמצעות SWSI תוך הערכת ההתנהגות באמצעות אורכי גל יחיד בסביבה שאינה נגיש לעם מיקרוסקופים מסורתיים. שימוש בניתוח זה אנו מוערכים נמטודות אדם מסוגלת לדחוף בכוח עודף של 28 NN. הממצאים שלנו מצביעים על כך שנמטודות חיים להפעיל 28 ננ בעת ההפעלה, או ההעברה נגד השדה הכבידה. הממצאים מראים עוד כי נמטודות יורדת באופן פסיבי בעמודת מים, אך באופן פעיל יכולים להתנגד לכח הכבידה בעיקר על ידי הפיכת כיוון.

Descent היציב החקירה הראשונה מראה שום הבדל להבחין בשיעורי יורד מג elegans במהלך SWSI באמצעות 633 ננומטר. השיעורים יורד נמצאו קבוע ב1.5 מ&quot;מ / השני ± 0.1 מ&quot;מ / השני לחיים וג מת שניהם elegans. גודל מדגם של 50 תולעים שנוצר שונות סבירות של 7% לשניהם חיים ותולעים מתים. אין תאוצה הפועלת על התולעים שכן המהירות יורד הוא קבועה, כך שהכח הגרר שווה לכוח הכבידה מינוס כוח העילוי. משמעות הדבר הוא כי הצפיפות של התולעת היא מעט גדולה יותר מזה של מים; עם זאת, להערכות שמתחתיו הוא עדיין מעשי להניח שהצפיפות של נמטודות היא בערך זה של מים. כיוון שינוי החקירה השנייה, מקרה מבחן, מוכיחה כי נמטודות מסוגלות לשנות כיוון ויכולות לשחות כלפי מעלה נגדכוח הכבידה. שתי עקומות הותאמו לתזוזה האנכית של נמטודות, כך שנגזר השני של עקומות אלה יכולים להיות splined גרף תאוצה לעומת זמן (איור 5). &#160; רצוי לשמור על סדר הפולינום נמוך ככל האפשר, תוך שמירה על כושר טוב. סדר הפולינום נמוך מצביע פחות וריאציה בתאוצה לאורך זמן. מבחינת פולינום מהסדר גבוה יותר יהיה זניח, ולכן מיותר, אם הצו של הפולינום הוא גבוה מדי. תולעת זו מאיטה בקצב קבוע של 0.110 מ&quot;מ / שנייה 2 ± 0.002 מ&quot;מ / שנייה 2, מסתובבת ומאיץ באותו קצב 0.110 מ&quot;מ / שנייה 2 ± 0.002 מ&quot;מ / שנייה 2 לזמן קצר לאחר נקודת התפנית. ג elegans ממשיך לנוע כלפי מעלה בתאוצה הולכת ופוחתת של 1.252-.00708 לא במ&quot;מ / השני 2 עד ההאצה נופלת לאפס. שמירה על Eq נפש. 3, ומסת תולעת המשוערת של 3 &amp; #956; גרם, התולעת עוברת כוח אנכי נטו, F Ny, של 0.33 pN עד זמן קצר לאחר נקודת התפנית. Descent: ישנם שלושה סוגים של כוחות הפועלים על התולעת עד התולעת מגיעה לנקודת התפנית: כבידה, גרר, כוח העילוי ודחף (איור 6 א). הכח השקול שווה לסכום הווקטורים של כל שלושת הכוחות. כאן אנו רואים את המרכיבים האנכיים בלבד: F Ny = G F Dy + F Ty-F + F B (4) כאשר F B הוא כוח העילוי. ו ז שווה בגודל אך הפוך בכיוון לכוח העילוי בהנחה שהצפיפות של התולעת היא זה של מים. EQ. 4 אז יכולים להיות כתובים באופן הבא: F = Ny F Dy + F טאי (5) F Ny נשאר קבוע במהלך הירידה. משמעות הדבר הוא כיF Dy + F טאי נשאר קבוע עד לנמטודות מגיעה לנקודת המפנה. F Dy הוא הגדול ביותר בחלקו העליון, המהווה את תחילתו של השביל, ומפחית בהדרגה לאפס עד למהירות היא אפס בנקודת התפנית ואילו F טיי חייב להגדיל כדי לשמור קבוע F Ny. תפנית: אין כוח גרר בכיוון האנכי בנקודת התפנית מאז את המהירות האנכית שווה אפס בשלב זה. רק הכוחות הפועלים בכיוון האנכי הם כוח הכבידה, - g F, ציפה, F B ודחף התולעת האנכי, F טאי, כמתואר באיור 6 ב. בשלב זה, הדחף של ג ניתן לקבוע elegans: F = F טאי Ny (6) הדחף בחלק התחתון של המסלול הוא אז שווה פחות או יותר ל0.33 PN, שזה בערך 0.001% מהמשקל של התולעת. אם ניקח בחשבון שהמשקל המשוער, G F של ג elegans הוא 28 NN, אסנט: בדומה לכך, במהלך העלייה, עליית דראג אבל הוא הצביע כלפי מטה (איור 6 ג): F = Ny-F Dy + F טאי (7) הדחף מיושם על ידי התולעת חייב עכשיו להיות אפילו גדול יותר ושווה לסכום של כוח הגרר והמשקל. התולעת היא להאט לאחר מתחיל לשחות. לשחות עד באותו קצב כמו התולעת ירדה, התולעת הייתי צריכה להפעיל דחיפה כלפי מעלה של לפחות פעמיים במשקל שלה. רחיפה דוגמא לתולעת שמאטה את הירידה שלה לשנייה על 3 מוצגת באיור 7. &#160; פולינום תואר 3 rd הוא בכושר סביר לשביל הכולל. השגיאות בתאוצה ומהירות מכושר זה הן פחות מ 15%. התולעת מתחילה עם upwa משמעותי<html> דחף rd, מאט ומתחיל להסתובב ב68 שניות; עם זאת, ההאצה כלפי מעלה יורדת ברציפות (איור 8) &#160; עד ההאצה נטו שווה לאפס סביב 68.5 שניות. זה סופו של דבר מוביל להאצה נטו בכיוון מטה ואחריו אפס נקודה אחרת במהירות (איור 9) &#160; ונמטודות מתחילה לרדת שוב ב69 שניות. זה מעניין, כי את התאוצה האנכית שנצפתה המקסימלי במקרה זה היא 2.7 מ&quot;מ / שנייה 2. ההאצה בנקודות המפנה הן 0.455 מ&quot;מ / השני 2 ו - 0.455 מ&quot;מ / שנייה 2, בהתאמה; כארבעה פעמים גדולות יותר מאשר במקרה של נמטודות שמסתובבת ושוחה למעלה. באמצעות EQ. 6, זה ניתן להעריך כי הדחיפה כלפי מעלה היא כ 1.32 pN בנקודת המפנה הראשונה. בנקודת המפנה השנייה, האצה נטו היא שלילית, כך שהדחיפה כלפי מעלה היא 1.32 PN. <html> o: לשמור-together.within-page = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> איור 1. התקנה ניסיונית. הלייזר, ההרחבה קרן, העדשה והמסך הם חיוניים להגדרת הניסוי. מראות ההיגוי והנקבים עלולות להיות מושמטים, אבל יעשו את היישור האופטי פחות יציב. <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> איור 2. תמונת יחידה אורך גל צל (SWSI). באמצעות 2 mW של 543 אור לייזר ננומטר הצל של תולעת מוקרנת על מסך. התמונה היא הפוכה, כך שנמטודות מופיעה ליפול כלפי מעלה. &quot;Src =&quot; 424/51424fig3highres.jpg / files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; איור 3. אנכי ירידה של ג wildtype אחת elegans בעמודת מים. נמטודות זה מוצל על ידי אור קוהרנטי 633 ננומטר. שיפוע המתאים ליניארית מצביע על מהירות כלפי מטה של 1.09 מ&quot;מ / השני ± 0.01 מ&quot;מ / השני. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> איור 4. גרף תזוזה של ג wildtype בודד כלפי מעלה שחייה elegans. שני התקפי splined לזהות את הנתיב הכללי של נמטודות. הנגזרת השנייה של הכושר מגלה את התאוצה. ההאצה המרבית נקבעה בקלות מההתקף הראשון: 0.110 מ&quot;מ<html> / השני 2 ± 0.002 מ&quot;מ / שנייה 2. רק כמה ברים שגיאה מוצגים כך שנקודתי נתונים והכושר יישארו גלויות. נמטודות זה מוצל על ידי אור קוהרנטי 633 ננומטר. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> גרף איור 5. ההאצה של ג wildtype אחת elegans. נמטודות זו שומרת על תאוצה כלפי מעלה קבועה של 0.110 מ&quot;מ / השני 2 ± 0.002 מ&quot;מ / שנייה 2 גורמת לו להאט ולאחר מכן להעביר כלפי מעלה. זמן קצר לאחר נקודת תפנית האצה יורדת בהתמדה והאצה נטו מפחיתה לאפס.<html> g &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> תרשימי איור 6. חיל לירידה, נקודת מפנה ועלייה. חוק ארכימדס וכוח הכבידה שווים בגודל והפוך בכיוון, כך שההשפעה של כוחות אלה מבטלים זה את זה. לכן הם לא מוצגים בתרשימים אלה. () התולעת היא יורדת עם גרור ודחף כלפי מעלה. (ב) התולעת היא בנקודה של המסלול ללא גרר הנמוכה. הדחף הוא מצביע למעלה. (ג) התולעת עולה עם גרור כלפי מטה ואילו הדחף הוא כלפי מעלה. &quot;Src =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; איור 7. גרף תזוזה של נמטודות המרחפת אחת. התולעת מאטה ומתחילה להסתובב בכ 68 שניות אבל מתחילה יורדת סביב 69 שניות. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> .. איור 8 גרף ההאצה של נמטודות המרחפת אחת תולעת זו מתחילה עם האצה כלפי מעלה של 2.7 מ&quot;מ / שנייה 2, יורדת לאפס וסופו של דבר יש לו תאוצה כלפי מטה של -. 2.6 מ&quot;מ / שנייה 2 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה בvers גדול יותר</a>יון של נתון זה. <img alt="איור 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> איור 9. גרף מהירות של נמטודות המרחפת אחת. תולעת זו מגיעה לעצירה ב68 שניות ומתחילה לעמוד בראש כלפי מעלה, מאטה ומגיעה למהירות אפס בכיוון האנכי ב69 שניות ואחריו ירידה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן לצפייה גרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="טבלת 1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> טבלת 1. מהירויות ירידה ממוצעת של N2 ג elegans. 50 חיים ו50 נמטודות מתות tracked במהלך ירידתם. המהירות הממוצעת לירידות היא אותה לחיים ותולעים המתים: 1.5 מ&quot;מ / השני ± 0.1 מ&quot;מ / השני.

הטכניקה המוצגת כאן מודדת את דרכו של שחייה באופן חופשי מינים מיקרוסקופיים באמצעות חשיפת אורך גל יחידה. ג elegans משמשים כדי להדגים הדמיה צל כחלופה זולה למיקרוסקופים יקרים. טכניקה זו יכולה להיות מותאמת כדי להתאים את אוריינטציות, סביבות ומינים שונות כדי למדוד את הכיוון, מהירות, תאוצה וכוחות.

אחת אורך גל צל הדמיה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em&gt; נידות כולל כוח אומדנים

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד ולהעריך את מהירות המסלול האנכי ואת הכוחות המופעלים על ידי נמטודה השוחה בחופשיות באמצעות קרינה מונוכרומטית קוהרנטית. דבר זה מושג תחילה על ידי הקמת ניסוי צל מונוכרומטי קוהרנטי עבור תולעי *C. elegans* השוחות בחופשיות. לאחר מכן, תולעת *C. elegans* בוגרת בודדת מוכנסת לתא הצפייה של ניסוי הצל, שהוא וט.צליליתו של התולעת בעת ירידתה דרך קרן הלייזר מוקלטים כסרטון, והסרטון משמש לניתוח תנועת בעל החיים. כך נקבע מסלולו של נמטודה השוחה בחופשיות והכוחות הנלווים הנוצרים. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון מיקרוסקופיה מסורתית במישור אופקי, הוא שניתן לחקור תנועה של מיקרואורגניזמים השוחים בחופשיות באמצעות מגוון רחב של אור מונוכרומטי בעלות נמוכה.שיטה זו יכולה לספק תשובות לשאלות מפתח בנוגע לכוחות המופעלים על ידי נמטודות או אלו אליהם הן מגיבות בסביבה נוזלית. הרעיון לשיטה זו עלה לראשונה כאשר התחלנו לבחון את נושא התנועה האנכית של מינים מיקרוסקופיים. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית, שכן קשה ללמוד את שלבי הפרוטוקול מכיוון שנדרש תרגול מסוים כדי להשיג את יישור הלייזר המדויק.יתרה מכך, נדרש זמן מסוים במעבדת הביולוגיה כדי ללמוד כיצד להכין את התולעים, ולהרכיב את מערך הניסוי ליצירת תמונות צל. השתמשו בשתי מראות או יותר כדי להכווין את לייזר ההליום-ניאון אל מרחיב האלומה הגלילי, שבו היא אמורה להתרחב ל-12 millimeters. מקמו חור סיכה אחד או שניים במסלול האלומה כדי להבטיח את יישורו מהמרחיב.הפנו את הקרן אל Q vet קוורץ מותקן. לאחר מעבר הקרן, ה-Q vet מגדילה אותה באמצעות עדשה קמורה-מישורית בעלת אורך מוקד חיובי של 75 millimeters. לאחר מכן, מקמו מסך במרחק של כ-120 centimeters מהעדשה, שהוא מרחק הרזולוציה האופטימלי.מקמו מצלמה במהירות גבוהה במיקום שבו היא תוכל לצלם את המסך, למשל לצד ה-Q vet. מיקרוסקופ סטריאוסקופי לבחירת תולעים צריך להימצא גם הוא בקרבת ה-qve. הצמידו זמנית סרגל שקוף עם חלוקה למילימטרים למרכז מחזיק ה-QVAD שעל המסך, בקרבת קצה שדה הראייה של המצלמה.השתמשו בקווים של הסרגל כדי לסמן את מרחק קנה המידה עבור מילימטר אחד. בצעו זאת עבור כל אורך גל שבו נעשה שימוש, מכיוון שהשבירה תשתנה עקב אברציות כרומטיות ב-QV ושינויים בהגדלה כפי שתואר בעבר. ב-JoVE, הכינו נמטודות בוגרות צעירות עבור ה-qve.הכינו גם נמטודות שמתו כתוצאה מחשיפה לכלורופורם. התחילו במילוי ה-Q Vet במים מזוקקים עד לגובה של מילימטר אחד מהשפה. התחילו בהקלטה כאשר אורות החדר דולקים, כך שהקו על המסך יהיה גלוי בתחילה, ולאחר מכן כבו את אורות החדר.לאחר מכן, אספו נמטודה באמצעות מחט פלטינה. חשוב להעביר את התולעים אל ה-vet על ידי נגיעה קלה של המחט בפני המים, ללא ערבוב של המצע. התמונה המוקרנת של התולעת ועמוד המים היא הפוכה.תולעים היורדות עם כיוון כבידה ייראו כמי שנעות כלפי מעלה על המסך. עבור כל תולעת יש להקליט כ-20 שניות, ולהקליט כ-50 תולעים עבור כל תנאי. ראשית, ייבא את הווידאו לתוכנת ניתוח הווידאו.הגדירו את קנה המידה באמצעות סימוני האורך בסרטון כדי לקבוע את מקדם ההגדלה. לאחר מכן, התחילו לעקוב אחר ההעתקה הליניארית של ראש הנמטודה המוצלת. בחרו לפחות 10 נקודות נתונים לאורך המסלול שעברה, בערך אחת בכל 0.3 שניות.המהירות האנכית מחושבת לאחר מכן מהנגזרת חלקי מקדם ההגדלה. קריטי ליצור עקומות נפרדות עבור ההעתקה האופקית והאנכית, כיוון שכוח הכבידה פועל רק בכיוון האנכי.אם נקודות הנתונים יוצרות קו ישר באופן כללי, המסלול הוא ליניארי. ניתן להתעלם מסטיות קלות בתנועת הראש. לאחר מכן, מתפריט הניתוח, צור קו רגרסיה ליניארית על ידי התאמת קו ישר לנתונים.שיפוע הקו מייצג את המהירות האנכית של התולעת. אם התולעת נעה באופן לא ליניארי, בחרו באפשרות "curve fit" (התאמת עקומה) מתפריט הניתוח. משם, התאימו את העקומה לסדר שני או שלישי.פולינום עבור כל עקומה במסלול התאמת העקומה לנתונים. על ידי הזזת הסוגריים משני צידי הגרף, מוצג הביטוי המתמטי של העקומה. שגיאה יחסית של עד 15% מקובלת כאן.הוסיפו עקומות נוספות לפי הצורך כדי לכסות את נקודות הנתונים ונסו לבצע ספליינינג (spline) לפונקציות. להתאמות העקומות צריכה להיות אותה שיפוע בנקודות החפיפה שלהן. הנגזרת הראשונה והשנייה של העקומה מספקות את המהירות והתאוצה.הדחף מחושב תוך שימוש בשלושה מיקרוגרם כמסתו של התולעת בזמן סחף; לא נצפה הבדל מובחן בקצבי ההתדרדרות של תולעים חיות ומתות. קצב הסחף כלפי מטה עבור שתיהן היה 1.5 millimeters per second. עם זאת, נמטודות חיות מסוגלות לשנות כיוון ולשחות נגד כוח הכבידה; נרכשו עקומות להתאמה של ההעתקה האנכית של הנמטודה, והתאוצה חושבה מהנגזרות השניות שלהן.הכוחות הפועלים על התולעת עד שהיא מגיעה לנקודת נקודת המפנה הם כוח הכבידה, גרר, כוח ציפה ודחף. הכוח נטו שווה לסכום הווקטורי שלהם. נבחן את רכיבי הכוח האנכיים.כוח הכבידה שווה בעוצמתו לכוח העילוי, בהנחה שהתולעת בעלת צפיפות דומה לזו של מים, כך שניתן לפשט את המשוואה עד לנקודת המהפך. הגרירה והדחף הם קבועים. הגרירה גדולה יותר בתחילה, אך פוחתת בהדרגה עד לאפס בעוד הדחף עולה; בנקודת המהפך, אין גרירה אנכית והדחף פונה כלפי מעלה במהלך תנועת התולעת.גרר העלייה האנכית גדל בכיוון מטה, ולכן כוח הדחף חייב להיות גדול יותר מהגרר בתוספת המשקל. נותח המסלול הלא-ליניארי של תולעת זו. היא שינתה כיוונים.בבחינת ההעתקה שלו, נראה כי הוא האט והחל להסתובב בשנייה ה-68. עם זאת, התאוצה כלפי מעלה פחתה באופן רציף עד שהתאוצה נטו הגיעה לאפס בשנייה ה-68.5. לאחר מכן, הוא החל להאיץ בכיוון השלילי כדי לרדת שוב.כך, כאשר המהירות הייתה אפס, לתולעת היה דחף משמעותי כלפי מעלה שחושב כ-1.32 Pico newton's. לאחר השליטה בטכניקה, ניתן לאסוף את הנתונים תוך 10 דקות אם התולעים מוכנות להסרה מהבורג (auger). בעת ביצוע הליך זה, חשוב לזכור לשמור על קצב הקלטה קבוע של המצלמה עבור כל הנתונים שנאספים, כיוון שעלינו להתאים את קצב הפריימים בתוכנת ניתוח הווידאו בעקבות הליך זה. ניתן לבצע מחקרים נוספים, כגון מחקרים באורך גל בודד, כדי לענות על שאלות כגון אילו כוחות מופעלים בכיוונים שונים, אנכיים ואופקיים.לדוגמה, טכניקה אופטית זו יכולה לשמש ביולוגים אחרים המתעניינים בתכונות התנועה של אורגניזמים קטנים כמו Proti או פאונה מימית אחרת. לאחר צפייה בסרטון זה, אמורה להיות לכם הבנה טובה לגבי הדרך לניתוח תנועה של מיקרואורגניזמים השוחים בחופשיות באמצעות הגדלה של תמונות צל, ולאחר מכן שימוש בתוכנה לניתוח וידאו.

single-wavelength-shadow-imaging-caenorhabditis-elegans-locomotion

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

פתחנו מערכת מיקרוסקופ מעקב וידאו שיעור שיכול להקליט...

מעקב סי אלגנס ומדידת התנהגות

אורגניזמים מיקרוסקופים כמו נמטודות שוחים...

מחקר נידות כמותית של חי מייקרו אורגניזמים בחופשיות באמצעות ליזר עקיף

סרטון זה מתאר את השימוש בתוכנת וידאו ומעקב כדי להקליט תנועת תולעים בזירה. הפרוטוקול לדוגמה מודד את ההשפעה של חשיפה לאתנול על תנועת תולעים.

ג. אלגנס מעקב אחר תנועה: שיטה להערכת תנועה בתולעים

שיטת מייקרו אלקטרו fluidic חצי אוטומטית כדי לגרום לתנועה על פי דרישה...

Electrotaxis מבוסס microfluidic לניתוח כמותי על פי דרישה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em&gt; &#39;נידות

FIM הוא מערכת חדשנית, הדמיה חסכונית שנועדה לעקוב אחר אובייקטים נעים קטנים כגון C. elegans, planaria או זחלים תסיסנית. תכנית FIMTrack הנלווית נועדה לספק ניתוח נתונים מהיר ויעיל. יחד, כלים אלה מאפשרים ניתוח תפוקה גבוהה של תכונות התנהגותיות.

FIM הדמיה וFIMtrack: שני כלים חדשים המאפשר תפוקה גבוהה וניתוח תנועה חסכוני

כתב יד זה מתאר כיצד להבחין בין נמטודות שונים באמצעות שדה רחוק עקיפה חתימות. אנו משווים את ומכניקה של 139 108 "רולר" C. elegans וסוג הפרוע מאת ממוצע של תדרים המשוייך לחתימה עקיפה פראונהופר טמפורלית במקום אחד באמצעות לייזר מתמשך wave.

מבוסס-פורייה עקיפה ניתוח של חיים Caenorhabditis elegans

פרוטוקול זה מתאר את השימוש Ca2 + כתבים מקודדים גנטית כדי לרשום שינויים בפעילות העצבית מתנהג Caenorhabditis elegans תולעים.

סידן רציומטרי הדמיה של נוירונים בודדים ב מתנהג Caenorhabditis Elegans

דווח כאן על מערכת להדמיית סידן בדלקת אלגנס המתנהגת באופן חופשי עם רטט מבוקר היטב, שאינו לוקלי. מערכת זו מאפשרת לחוקרים לעורר תנודות לא-לוקליות בעלות תכונות מבוקרות היטב בתזוזה בקנה מידה ננומטרי ולכמת זרמי סידן במהלך תגובות של C. elegans לתנודות.

הדמיית סידן באלגנים של Caenorhabditis המתנהגים בחופשיות עם רטט מבוקר היטב, שאינו מלוטש

מחקר זה מציג פרוטוקולים עבור שתי גישות ניתוח פעילות לוקומוטור חצי אוטומטי ב C. elegans קומפלקס I מחלות גז-1(fc21) תולעים, כלומר, ZebraLab (בדיקת תפוקה בינונית) ו- WormScan (בדיקה בעלת תפוקה גבוהה) ומספקים ניתוח השוואתי בין מגוון רחב של שיטות מחקר לכימות התנהגות נמטודה ותפקוד עצבי שרירי משולב.

ניתוח השוואתי של שיטות ניסיוניות לכימות פעילות בעלי חיים בקאנורבדיטיס אלגנס מודלים של מחלות מיטוכונדריאליות

פרוטוקול זה מתאר הדמיית דולג זמן מבוססת מיקרופלואידית על פני כל ההתפתחות הפוסט-עוברית.

הדמיה ברזולוציה גבוהה של C. elegans בכל שלבי הזחל

מחקר זה בוחן את השפעת הגיל על התנועה ב-C. elegans על ידי מדידת מעריך ליאפונוב הגדול ביותר (LLE). ככל שהם מתבגרים, C. elegans מראים עלייה וירידה בשליטה המוטורית. התוצאות מראות שיא LLE לאחר חמישה ימים, ואחריו ירידה ככל שהתולעים מזדקנות.

דינמיקה תלוית גיל של תנועה ב- Caenorhabditis elegans: ניתוח מעריך ליאפונוב

חקור מדידת מהירות וכוחות של נמטודות שוחות בחופשיות באמצעות הדמיית צל מונוכרומטית עבור Caenorhabditis elegans. שיטה זו מספקת חלופה זולה למיקרוסקופיה מסורתית לחקר ביומכניקה של אורגניזמים מיקרוסקופיים.

אחת אורך גל צל הדמיה של

גלה סרטונים נוספים