אורגניזמים מיקרוסקופים כמו נמטודות שוחים החופשיים<em> ג elegans</em>, לחיות ולהתנהג בסביבה מורכבת בתלת ממד. אנו מדווחים על גישה חדשנית המספקת ניתוח של<em> ג elegans</em> באמצעות דפוסי התאבכות. גישה זו כוללת מעקב המחזוריות הזמנית של דפוסי התאבכות נוצרים על ידי הפניית אור ליזר דרך קובט.
קרקע ואורגניזמים מיקרוסקופים חיים במים לחיות ולהתנהג בסביבה מורכבת בתלת ממד. רוב המחקרים של התנהגות אורגניזם מיקרוסקופית, בניגוד לכך, נערכו תוך שימוש בגישות המיקרוסקופ מבוסס, אשר מגבילות את התנועה והתנהגות לשדה צר, כמעט דו ממדי מוקד. 1 אנו מציגים גישה אנליטית רומן המספקת ניתוח בזמן אמת של חופשיות חי ג elegans בקובט ללא תלות בציוד המיקרוסקופ מבוסס. גישה זו כוללת מעקב המחזוריות הזמנית של דפוסי התאבכות נוצרים על ידי הפניית אור ליזר דרך קובט. אנו מודדים את תדרי תנודה לנמטודות חופשיות שחייה.
ניתוח של דפוסי התאבכות השדה רחוק מגלה רמזים על הגל של נמטודות. עקיפה היא התהליך של כיפוף אור מסביב לאובייקט. במקרה זה הוא אור מתפזר על ידי אורגניזמים. גלי האור מפריעים ויכולים ליצור מודעהדפוס iffraction. שדה רחוק, או Fraunhofer, דפוס עקיף נוצר אם מרחק מסך לאובייקט הוא הרבה יותר גדול מאובייקט diffracting. במקרה זה, הדפוס העקיף ניתן לחשב (הדמיית מחשב) באמצעות התמרה פורה. 2
סי אלגנס הן נמטודות קרקע המתגוררת בבני חיות שמנווטות בשלושה ממדים. הם עוברים גם על מטריצה מוצקה כמו אדמה או אגר בדפוס locomotory סינוסי נקרא זחילה ובנוזל בדפוס שונה נקרא שחייה. 3 התפקידים שמלאו מידע חושי המסופק על ידי mechanosensory, chemosensory, ותאי thermosensory ששולטים שינויים פלסטיים בlocomotory דפוסים ומתגים בדפוסים רק מתחילים הובהרו. 4 אנו מתארים גישה אופטית למדידת תנועת נמטודות בשלושה ממדים שאינו דורשים מיקרוסקופ וייאפשרו לנו להתחיל לחקור את המורכבות של תנועת נמטודות תחת שיתוף שונהnditions.
פתחנו גישה חדשנית למדידה בזמן אמת של תנועה והתנהגויות locomotory פשוטות באורגניזמים מיקרוסקופים כמו נמטודות שאינו דורש שימוש במיקרוסקופים. 8 גישה המתודולוגית זה גם יכולה להיות מנוצלת ללימוד אורגניזמים מיקרוסקופים רבים כמו הפרוטיסטים. שיטה זו מוגבלת רק על ידי אורך הגל של אור המשמש. האורגניזם לא צריך להיות קטן יותר מאורך הגל של האור. בנוסף לחיסכון והניידות של כל הציוד הדרוש, יתרון מרכזי אחד של גישה זו היא היכולת למדוד התנהגות בזמן אמת ובשלושה ממדים, ללא אילוצים הצרים של מטוסי תמונה תחת המיקרוסקופ. אפשר גם עם טכניקה זו כדי לבחון את ההשפעות של כוח משיכה או תנאים רבים אחרים בהתנהגות שלא ניתן ללמוד באמצעות גישות המיקרוסקופ מבוססים. 9 לפיכך, אנו יכולים להגיע להבנה טובה יותר של מיקרואורגניזם הטבעי locomotory Behaviors המשוחרר מגבולות שקופיות מיקרוסקופ טיפין או בתאי microfluidic מיוחדים (הפרק et al, 2008). 10
חוסר המידע בשלב דפוס עקיף אינו מאפשר שהליפה הישירה של התמונה המקבילה לאובייקט diffracting מאז הדפוס העקיף השדה רחוק הוא פרופורציונלי לריבוע הערך המוחלט של ההתמרה. לכן אנחנו חישוב דפוסי התאבכות מתמונות תולעת, כך שהם יכולים להיות מתאימים עם את דפוסי ההתאבכות של נמטודות חופשיות חייה (איור 6).
שיטה זו הניבה תוצאות עבור באמת שוחה בחופשיות ג elegans ויכול להיות מיושם על כל מין מיקרוסקופי שתמרונים בסביבה שקופה אופטית כמו מים או פתרונות רבים יוניים שונים. מיקרוסקופים קונבנציונליים רק לאפשר לימודים עם עומק מוקד על סדר מיקרומטרים. 11 זאת בשל מוגבלעומק השדה כאשר התמקדות אור:
שם מספר F N יש יחסי גומלין עם המעגל של בלבול (ג) כך שאורך מוקד קצר קשור בג גדול. 12,13 אמנם השיטה העקיפה הזה היא בהחלט לא תחליף למיקרוסקופיה הקונבנציונלית, הוא מסוגל כדי לספק תוצאות כמותיות במהירות, כך שמינים יכולים אפילו לטפל בזמן אמת בעלות נמוכה. את דפוסי ההתאבכות ניתן לקבל עם כל מצביע ליזר. את דפוסי ההתאבכות ניתן צולם ברזולוציה של זמן מופחתת שימוש במצלמה דיגיטלית רגילה. בזמן שהמשתמש לא יכול להיות מיקרוסקופ או photodiode זמין, חלקים מרכזיים של ניסוי זה כגון מדידת תדרי חבטות והערכת דפוסי התאבכות יכולים להסתיים בעלות הנמוכה ביותר.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לצליל רוזנבלט, אלכסנדרה בלו וקרל Spuhler לסיוע טכני. עבודה זו נתמכה על ידי מכללת סאר מחקר מכון הקיץ לתואר הראשון (URSI), קרן מחקר סלמון מיינרד וסי ונאס"א הפרס # NX09AU90A, קרן מדע המרכז הלאומי למחקר מצוינות במדע והטכנולוגיה (NSF-CREST) פרס # 0630388 וNSF הפרס # 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/ |