אחת אורך גל צל הדמיה של Elegans Caenorhabditis נידות כולל כוח אומדנים

המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד ולהעריך את מהירות הנתיב האנכי, ואת הכוחות המופעלים על ידי נמטודה השוחה בחופשיות באמצעות קרינה מונוכרומטית קוהרנטית. זה מושג על ידי הקמת ניסוי צל מונוכרומטי קוהרנטי לשחייה חופשית של הים. לאחר מכן מכניסים אלגנטיות ים למבוגרים בודדים לתוך תא הצפייה בניסוי הצללים, שהוא וטרינר.

צל התולעת כשהיא יורדת דרך קרן הלייזר מוקלט כסרט, והסרט משמש לניתוח תנועת החיה. לפיכך, נקבעים הנתיב של נמטודה השוחה בחופשיות והכוחות הנלווים שנוצרו. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כמו מיקרוסקופיה מסורתית במישור אופקי, הוא שניתן לחקור את תנועתם של מיקרואורגניזמים השוחים בחופשיות באמצעות מגוון רחב של אור מונוכרומטי בעלות נמוכה.

שיטה זו יכולה לענות על שאלות מפתח לגבי כוחות שנוצרים על ידי נמטודות או מגיבים אליהם בסביבה נוזלית. הרעיון לשיטה הזו עלה לנו לראשונה כשהתחלנו לחקור לראשונה את הרעיון של תנועה אנכית עבור מינים מיקרוסקופיים. הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שקשה ללמוד את השלבים הפרוצדורליים מכיוון שנדרש קצת תרגול כדי לקבל את יישור הלייזר נכון.

יתר על כן, יש צורך בקצת זמן במעבדה הביולוגית כדי ללמוד כיצד להכין את התולעים, להרכיב את מערך הניסוי ליצירת תמונות צל. השתמש בשתי מראות או יותר כדי לכוון את לייזר ההליום ניאון לתוך מרחיב הקרן הגלילי, שם הוא אמור לגדול ל-12 מילימטרים. יש חור סיכה אחד או שניים בנתיב האלומה כדי להבטיח את יישורו מהמרחיב.

כוון את הקורה לווטרינר קוורץ Q רכוב. לאחר שהקרן עוברת, וטרינר ה-Q מגדיל אותה באמצעות עדשת פלאנו קמורה עם אורך מוקד חיובי של 75 מילימטרים. לאחר מכן מקם מסך במרחק של כ -120 סנטימטרים מהעדשה, שהוא מרחק הרזולוציה האופטימלי.

מיקום, מצלמה במהירות גבוהה שבה היא יכולה לצלם את המסך כמו ליד וטרינר Q. מיקרוסקופ מנתח לקטיף תולעים צריך להיות גם ליד ה-qve. אבטח באופן זמני סרגל שקוף עם חלוקות מילימטריות למרכז מחזיק ה-QVAD על המסך ליד קצה המצלמה view.

השתמש בקווי הסרגל כדי לסמן את מרחק קנה המידה של מילימטר אחד. עשה זאת עבור כל אורך גל המשמש כשבירה ישתנה עקב סטיות כרומטיות ב-QV ושינויים בהגדלה כפי שתואר קודם לכן. ב-JoVE, הכינו נמטודות בוגרות צעירות ל-qve.

הכינו גם נמטודות מתות מחשיפה לכלורופורם. התחל במילוי ה-Q Vet במים מזוקקים עד למילימטר אחד מהשפה. התחל הקלטה כשאורות החדר דולקים, כך שהקו על המסך יהיה גלוי תחילה ולאחר מכן כבה את אורות החדר.

לאחר מכן אוספים נמטודה על חוט פלטינה. חשוב להכניס את התולעים לווטרינר על ידי נגיעה קלה במכוש על פני המים מבלי לעורר את המדיום. התמונה המוקרנת של התולעת ועמוד המים הפוכה.

תולעים שיורדות עם כוח הכבידה ייראו כאילו הן נעות כלפי מעלה על המסך. עבור כל תולעת יש להקליט כ-20 שניות ולרשום כ-50 תולעים לכל מצב. ראשית, ייבא את הסרטון לתוכנית ניתוח הווידאו.

הגדר את קנה המידה באמצעות סימוני האורך בסרטון כדי לקבוע את מקדם ההגדלה. לאחר מכן התחל לעקוב אחר התזוזה הליניארית של ראש הנמטודה המוצללת. בחר לפחות 10 נקודות נתונים לאורך הנתיב שעברת, אחת כל 0.3 שניות בערך.

לאחר מכן מחושבת המהירות האנכית מהנגזרת חלקי גורם ההגדלה. זה קריטי ליצור עקומות נפרדות לתזוזה האופקית והאנכית. מכיוון שכוח הכבידה פועל רק בכיוון האנכי.

אם נקודות הנתונים יוצרות קו ישר בדרך כלל, הנתיב הוא ליניארי. ניתן להתעלם מסטייה מסוימת בתנועת הראש. לאחר מכן, מתפריט הניתוח, צור קו רגרסיה ליניארי על ידי התאמת קו ישר לנתונים.

שיפוע הקו הוא המהירות האנכית של התולעת. אם תולעת נעה בצורה לא ליניארית, בחר התאמת עקומה מתפריט הניתוח. משם, התאם את העקומה לסדר שני או שלישי.

פולינום עבור כל עקומה בנתיב מתאים עקומה לנתונים. על ידי החלקת הסוגריים בכל צד של הגרף, מוצג הביטוי המתמטי של העקומה. טעות יחסית של עד 15%כאן מקובלת.

הוסף עקומות נוספות לפי הצורך כדי לכסות את נקודות הנתונים ונסה לחלק את הפונקציות. התאמות העקומה צריכות להיות באותו שיפוע שבו הן חופפות. הנגזרות הראשונה והשנייה של העקומה מספקות מהירות ותאוצה.

הדחף מחושב באמצעות שלושה מיקרוגרם כמסת התולעת בעת סחיפה, לא היה הבדל מובהק בשיעורי הירידה של החיים והמתים רואים אלגנטיות. קצב הסחיפה כלפי מטה עבור שניהם היה 1.5 מילימטר לשנייה. עם זאת, נמטודות חיות המסוגלות לשנות כיוון ולשחות נגד כוח הכבידה, עקומות מתאימות לתזוזה האנכית של הנמטודה והתאוצה מחושבת מהנגזרות השניות שלהן.

הכוחות הפועלים על התולעת עד שהתולעת מגיעה לנקודת הסיבוב הם כוח הכבידה, הגרר, הציפה והדחף. הכוח נטו שווה לסכום הווקטורי שלהם. שקול את רכיבי הכוח האנכי.

כוח הכבידה שווה בגודלו לכוח הציפה, בהנחה שהתולעת צפופה בערך כמו מים, כך שניתן לפשט את המשוואה עד לנקודת המפנה. גרר פלוס דחף הם קבועים. הגרר בהתחלה גדול יותר, אך מצטמצם בהדרגה לאפס בעוד שהדחף גדל בנקודת המפנה, אין דחף גרר אנכי מצביע כלפי מעלה במהלך התולעת.

גרר עלייה אנכי גדל בכיוון מטה, כך שכוח הדחף חייב להיות גדול יותר מהגרר בתוספת משקל. נותח הנתיב הלא ליניארי של תולעת זו. זה שינה כיוון.

כשהסתכל על התזוזה שלו, הוא האט והחל להסתובב ב-68 שניות. עם זאת, התאוצה כלפי מעלה ירדה ברציפות עד שהתאוצה נטו הגיעה לאפס ב-68.5 שניות. ואז הוא החל להאיץ בכיוון השלילי כדי לרדת שוב.

לפיכך, כאשר המהירות הייתה אפס, לתולעת היה דחף משמעותי כלפי מעלה המחושב כ-1.32 פיקו ניוטון לאחר שליטה, ניתן לקחת את הנתונים תוך 10 דקות אם התולעים מוכנות לקטוף מהמקדחה. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לשמור על קצב הקלטת המצלמה קבוע עבור כל הנתונים שנלקחו מכיוון שעלינו להתאים את קצב הפריימים בתוכנית ניתוח הווידאו בעקבות הליך זה. ניתן לבצע מחקרים אחרים כמו מחקרי אורך גל בודד על מנת לענות על שאלות כמו אילו כוחות מופעלים בכיוונים שונים, אנכיים ואופקיים.

לדוגמה, טכניקה אופטית זו יכולה לשמש ביולוגים אחרים המתעניינים בתכונות התנועה של אורגניזמים קטנים כמו פרוטי או אונה ימיים אחרים. לאחר צפייה בסרטון זה, אמור להיות לך מושג די טוב כיצד לנתח את התנועה של מיקרואורגניזמים השוחים בחופשיות באמצעות הגדלה של תמונות צל, ולאחר מכן תוכנית ניתוח וידאו.