Mikroskopische Organismen wie die frei schwimmenden Nematoden<em> C. elegans</em> Leben und verhalten sich in einem komplexen dreidimensionalen Umgebung. Wir berichten über einen neuartigen Ansatz, der Analyse bietet<em> C. elegans</em> Mit Beugungsmuster. Dieser Ansatz umfasst die Verfolgung der zeitlichen Periodizität Beugungsmuster durch Richten von Laserlicht durch eine Küvette erzeugt.
Böden und Gewässer mikroskopisch kleinen Organismen leben und verhalten sich in einem komplexen dreidimensionalen Umgebung. Die meisten Studien über mikroskopischen Organismus Verhalten, im Gegensatz, durchgeführt wurden, mit Mikroskop-basierte Ansätze, die die Bewegung und das Verhalten zu einem schmalen, fast zweidimensionalen Bildfeld zu begrenzen. 1 Wir präsentieren einen neuartigen analytischen Ansatz, die Echtzeit-Analyse der bietet frei schwimmende C. elegans in einer Küvette ohne Abhängigkeit von Mikroskop-basierten Geräten. Dieser Ansatz umfasst die Verfolgung der zeitlichen Periodizität Beugungsmuster durch Richten von Laserlicht durch die Küvette erzeugt. Wir messen Schwingungsfrequenzen für frei schwimmen Nematoden.
Die Analyse der Fernfeld-Beugungsmuster zeigt Hinweise auf die Wellenformen der Nematoden. Beugungsordnung ist der Prozess der Biegung um Licht einem Objekt. In diesem Fall Licht gebeugt durch die Organismen. Die Lichtwellen interferieren und können ad bildeniffraction Muster. Ein Fernfeld-oder Fraunhofer, Beugungsmuster gebildet wird, wenn der Bildschirm-to-Objektabstand ist viel größer als der beugenden Objekts. In diesem Fall kann das Beugungsmuster berechnet (Model) werden unter Verwendung einer Fourier-Transformation. 2
C. elegans sind frei lebende Boden lebende Nematoden, die in drei Dimensionen zu navigieren. Sie bewegen sich beide auf einer festen Matrix wie Boden oder Agar in einer sinusförmigen Bewegungsapparates Muster genannt kriechen und in einer Flüssigkeit in einem anderen Muster als Schwimmen. 3 Die Rollen gespielt von sensorischen Informationen mechanosensorischen, chemosensorischen und thermosensory Zellen, die plastischen Veränderungen regieren Bewegungsapparates vorgesehen Muster und schaltet in den Mustern sind erst am Anfang geklärt werden. 4 Wir einen optischen Ansatz zu beschreiben, messen Nematoden Fortbewegung in drei Dimensionen, die nicht erfordert ein Mikroskop und wird es uns ermöglichen zu beginnen, um die Komplexität von Nematoden Fortbewegung unter verschiedenen co erkundennditions.
Wir haben einen neuartigen Ansatz zur Echtzeit-Messung von Bewegung und einfachen motorischen Verhaltensweisen in mikroskopischen Organismen wie Nematoden, die nicht erfordert den Einsatz von Mikroskopen entwickelt. 8 Dieser methodologische Ansatz könnte auch für das Studium zahlreiche mikroskopische Organismen wie Protisten genutzt werden. Diese Methode wird nur durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts begrenzt. Der Organismus sollte nicht kleiner sein als die Wellenlänge des Lichts. Zusätzlich zu den Kosteneinsparungen und Portabilität der Geräte benötigt wird, ist ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes die Fähigkeit, Verhalten in Echtzeit und in drei Dimensionen zu messen, ohne die engen Grenzen von Bildebenen unter dem Mikroskop. Es ist auch möglich mit dieser Technik Einflüsse der Gravitation oder zahlreiche andere Bedingungen auf Verhalten, das nicht studiert mit Mikroskop-basierten Ansätzen werden können zu prüfen. 9 So können wir ein besseres Verständnis der Mikroorganismen natürlichen Bewegungsapparates beha zu erreichenviors aus der Enge Objektträger Tröpfchen oder spezialisierte mikrofluidischen Kammern (Park et al, 2008) befreit. 10
Das Fehlen von Informationen in einer Phase Beugungsmuster nicht zum direkten Abrufen des Bildes entsprechend der beugenden Objekts da das Fernfeld-Beugungsmuster proportional zum Quadrat des Absolutwerts der Fouriertransformation ist erlauben. Wir werden daher Berechnen Beugungsmuster von Schnecke Bilder, so daß sie mit den Beugungsstrukturen der frei schwimmende Nematoden (Abbildung 6) zugeordnet werden kann.
Dieses Verfahren hat für wirklich frei schwimmende C ergab elegans und kann zu jeder mikroskopischen Arten aufgebracht werden, dass Manöver in einem optisch transparenten Umgebung wie Wasser oder viele verschiedene ionische Lösungen. Konventionelle Mikroskope erlauben nur Studien mit einer fokalen Tiefe in der Größenordnung von Mikrometern. 11 Dies ist aufgrund der begrenztenSchärfentiefe beim Fokussieren Licht:
wo die f-Zahl N hat eine wechselseitige Beziehung mit dem Kreis der Verwirrung (c), so dass ein kurzer Brennweite mit einer großen c verbunden ist. 12,13 Während diese Beugung Methode ist sicherlich kein Ersatz für herkömmliche Mikroskopie ist es in der Lage quantitative Ergebnisse schnell, so dass Arten können sogar in Echtzeit bei niedrigen Kosten manipuliert werden liefern. Die Beugungsmuster kann mit jedem Laserpointer erhältlich. Die Beugungsmuster können zu einem reduzierten zeitlichen Auflösung mit einer normalen Digitalkamera gefilmt werden. Während der Benutzer möglicherweise nicht über ein Mikroskop oder eine Fotodiode ohne weiteres verfügbar sind, können wesentliche Teile dieses Experiments wie das Messen und Auswerten Thrashing Frequenzen Beugungsmuster zu extrem niedrigen Kosten durchgeführt werden.
The authors have nothing to disclose.
Wir danken Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello und Karl Spuhler für technische Unterstützung. Diese Arbeit wurde von der Vassar College Undergraduate Research Summer Institute (URSI), Lucy Maynard Salmon Research Fund und der NASA-Auszeichnung # NX09AU90A, National Science Foundation Center for Research Excellence in Science and Technology (NSF-CREST) award # 0630388 und NSF unterstützt award # 1058385.
Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
543 nm HeNe Laser | Melles Griot | LGX1 | Any laser in the visible range with less than 5 mW can be used. |
2 Front Surface Aluminum Mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
High Speed Exilim Camera | Casio | ||
Quartz Cuvette | Starna Cells | 21/G/5 | |
LoggerPro (Software) | Vernier | http://www.vernier.com/products/software/lp/ | |
Mathematica 8 | Wolfram | http://www.wolfram.com/ |