Зародыш лягушки: Зародыш лягушки как называется — Зоо мир

биофак СПбГУ

биофак СПбГУ

АБИТУРИЕНТУ   СТУДЕНТУ   ВЫПУСКНИКУ   СОТРУДНИКУ   РАСПИСАНИЯ

Версия для печати  

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЛАВНАЯ
НАШ ФАКУЛЬТЕТ
ПОСТУПЛЕНИЕ
ПЕРЕВОД И ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ОБРАЗОВАНИЕ
НАУКА
УЧЕБНЫЙ ОТДЕЛ
ЭТИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ
ШКОЛЬНИКАМ И УЧИТЕЛЯМ
СТУДСОВЕТ
БИБЛИОТЕКА
ЭКСПЕРТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
СПИСОК И РЕЙТИНГ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
ОТДЕЛ ОРГАНИЗАЦИИ ПРАКТИК И СОДЕЙСТВИЯ ТРУДОУСТРОЙСТВУ
АДМИНИСТРАЦИЯ
СВЕДЕНИЯ О СПбГУ
ЗЕЛЕНЫЙ КАМПУС
НЦМУ «АГРОТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО»
ВСТРЕЧИ РЕКТОРА СО СТУДЕНТАМИ

Авторизация

  Забыли свой пароль?
 

Главная / Образование

биофак СПбГУ

[ Развернуть все ]  [ Свернуть все ]

ГЛАВНАЯ
НАШ ФАКУЛЬТЕТ
gif»> История
Общие сведения о коллективе
Декан Биологического факультета
Ученый Cовет
gif»> Управление
Кафедры
Ботанический сад
Коллекции и музеи
gif»> Партнеры
Протоколы совещаний
ПОСТУПЛЕНИЕ
ПЕРЕВОД И ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ОБРАЗОВАНИЕ
gif»> Учебно-методическая комиссия
Бакалавриат
Магистратура
Аннотации элективных дисциплин
gif»> Образовательные программы 2020/21
Аспирантура
Докторантура
Выпускникам
gif»> Конкурсы и стипендии
Соц. пакет студента
Вопросы по справкам и документам
НАУКА
gif»> Научная комиссия
Информационные материалы по сопровождению научных исследований
Конференции, семинары
Совет молодых ученых и специалистов
gif»> Публикации
Наука в СМИ
Диссертационный совет
УЧЕБНЫЙ ОТДЕЛ
gif»> Сотрудники
Памятка первокурсника
Правила обучения в СПбГУ
Стоимость обучения в СПбГУ
gif»> Элективные дисциплины
ЭТИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ
ШКОЛЬНИКАМ И УЧИТЕЛЯМ
СТУДСОВЕТ
gif»> Документы
Газета «Biotimes»
БИБЛИОТЕКА
ЭКСПЕРТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
СПИСОК И РЕЙТИНГ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
ОТДЕЛ ОРГАНИЗАЦИИ ПРАКТИК И СОДЕЙСТВИЯ ТРУДОУСТРОЙСТВУ
gif»> Практики
Вакансии, стажировки и конкурсы
Официально
АДМИНИСТРАЦИЯ
СВЕДЕНИЯ О СПбГУ
ЗЕЛЕНЫЙ КАМПУС
НЦМУ «АГРОТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО»
ВСТРЕЧИ РЕКТОРА СО СТУДЕНТАМИ
gif»>

контакты      
карта сайта      почтовый сервер
      управление      поддержка

199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2006-2017

Эмбриональное развитие разобрали по генам

Поклеточное сравнение зародышей рыб и лягушек прояснило некоторые молекулярно-генетические загадки эмбрионов.

Зародыш рыбы Danio rerio. (Фото: Annie Cavanagh / Wellcome Collection)

Открыть в полном размере


Каждый человек, каждый зверь, птица, рыба, насекомое и т. д. происходят из одной-единственной клетки – оплодотворенной яйцеклетки, которая дает начало группе эмбриональных стволовых клеток.


И хотя мы уже довольно много знаем об эмбриональном развитии, о том, как из микроскопической горстки стволовых клеток получаются сердце, легкие, мозг и т. д., все равно весь процесс многим кажется почти мистическим.


Конечно, биологи всегда говорили, что в клетках эмбриона постоянно происходит переключение генов, управляющих развитием, что в один момент времени работают одни гены, а в другой момент – другие, и что активность генов отличается у разных клеток. Но проблема была в том, что довольно долго никто не представлял эмбриональную молекулярно-генетическую чехарду во всех подробностях, то есть какие именно гены когда именно и где именно работают. Оставалось только надеяться, что развитие научных методов позволит это когда-нибудь выяснить.


И вот надежды сбылись. В журнале Science вышло сразу три статьи, в которых на примере эмбрионов рыбы Danio rerio (полосатый данио) и шпорцевой лягушки подробно расписано, какие гены, где именно и когда именно работают (и лягушка, и полосатый данио – обычные модельные объекты в молекулярно-биологических экспериментах).


Как известно, генетическая информация из ДНК сначала копируется в молекулу РНК (точнее, в матричную РНК, потому что у РНК много разновидностей), а с РНК потом работают белок-синтезирующие машины. На активных генах синтезируется много РНК-копий, на неактивных – мало; значит, чтобы оценить генетическую активность в клетке, нужно сравнить в ней количество РНК от разных генов.


В последние годы биологи научились считать молекулы РНК в одной-единственной клетке – то, что нужно, если мы хотим узнать, как в эмбрионе клетки превращаются друг в друга. Исследователи из Гарварда семь раз брали зародыши рыб на ранних стадиях развития (начиная с 4 часов и до 24 часов после оплодотворения, когда в зародыше появляются зачатки органов) и разбирали их на отдельные клетки, и в каждой клетке читали последовательности РНК.


Кроме того, эмбрионы с самого начала снабжали особыми метками в виде кусочков ДНК с уникальными последовательностями – когда клетки делились, им доставались те или иные ДНК-метки, так что про каждую клетку можно было узнать, от кого она произошла. Всего пришлось проанализировать около 92 000 клеток; но в результате удалось понять, как меняется активность генов в клетках с разной родословной в течение первых суток эмбрионального развития.


В другом эксперименте те же зародыши рыб анализировали на еще более ранних этапах развития: каждые 45 минут в течение первых девяти часов жизни. Здесь цель была в том, чтобы выявить сходства и различия в активности генов между клетками из разных линий – задача весьма непростая, если учесть, что в первые часы жизни в зародыше рыбы появляются 25 типов клеток, и потребовавшая довольно изощренного компьютерного алгоритма.


Наконец, зародыши лягушки брали десять раз между пятью и двадцатью двумя часами после оплодотворения и также разбирали на клетки – тут РНК пришлось анализировать примерно у 137 000 клеток.


Результаты принесли некоторые сюрпризы. Раньше считалось, что когда клетка выбирает тот или иной путь развития, она уже не может с него свернуть – то есть если запустилась «мышечная программа», то потомки такой клетки будут однозначно стремиться стать мышцей. Но в эмбрионах рыб были клетки, которые ухитрялись идти по какому-то срединному пути, будучи в состоянии переключаться с одной программы дифференцировки на другую.


С другой стороны, удалось выяснить, что еще на стадии совсем неоформленного зародыша, когда он представляет собой всего лишь клеточный пузырь, его клетки уже начинают определяться с собственным предназначением: например, в шарообразном раннем эмбрионе лягушки есть клетки, которые уже готовятся сформировать хвост головастика.


И, конечно же, оба зародыша сравнили друг с другом. Считается, что до определенного момента развитие у позвоночных животных идет схожим образом – и некоторые ключевые гены в обоих зародышах действительно работали одинаково. Однако различий обнаружилось все же больше, чем ожидали исследователи.


Наконец, мутации, которые специально вносили в геном эмбрионов, приводили к тому, что зародыш лишался целой группы клеток – но притом другие клетки в нем работали нормально, хотя мутации должны были сказаться на них всех.


Однако в любом случае, какие бы сюрпризы ни поджидали бы биологов дальше, мы видим, что новые методы позволяют до конца разобраться в «мистике» эмбрионального развития – а чем больше мы будем здесь знать, тем раньше научимся предотвращать разнообразные врожденные пороки, многие из которых до сих пор остаются неизлечимыми заболеваниями.

Эмбрионы лягушек могут покинуть яйца раньше

Яйца — отличное место для эмбрионов лягушек, но они не защищены от таких угроз, как нехватка кислорода, наводнения, грибковые патогены и хищники.

Биолог Карен Варкентин обнаружила, что эмбрионы красноглазых древесных лягушек способны удивительным образом оценивать различные угрозы, и если возникает опасность, они могут выбрать вылупление на несколько дней раньше, чем обычно.

Этот процесс называется вылуплением с учетом окружающей среды, и за последнее десятилетие исследователи обнаружили доказательства того, что он работает для всех видов животных — от плоских червей и улиток до рыб, от лягушек и саламандр до черепах и птиц.

«Вылупление — это контролируемая, регулируемая реакция, — говорит Варкентин, адъюнкт-профессор биологии Бостонского университета. «В какой-то момент эмбрионы решат это сделать. Удивительно, к какой информации они обращают внимание».

Вылупление, обусловленное окружающей средой, говорит Варкентин, является частью более крупной истории, и это привело к коллективному изменению взглядов на развитие. До 1990-х годов биологи считали, что животные, которые начинают жизнь в яйце, вылупляются в определенное время, независимо от того, что происходит вокруг них.

Изменение планов

Яйца красноглазой квакши, например, обычно вылупляются через шесть или семь дней. По мере развития эмбриона лягушки он высвобождает ферменты через железы в своей голове, которые разрушают оболочку яйцеклетки, что в конечном итоге позволяет головастику выкарабкаться наружу. Но недавнее исследование Варкентина и других ученых показывает, что многие животные способны отказаться от этих планов.

В результате, по ее словам, исследователи больше не рассматривают вылупление — и развитие в целом — как процесс с фиксированным графиком, а скорее как процесс, который «фундаментально реагирует и зависит от контекста».

«Включение этой пластичности в наши представления о биологии меняет нас», — говорит Варкентин. «Это меняет то, как мы думаем о том, как устроена жизнь».

Ее текущее исследование, финансируемое Национальным научным фондом, сосредоточено на двух факторах, которые могут вызвать раннее вылупление красноглазых древесных лягушек: вибрации, нарушающие кладку, и недостаток кислорода или гипоксия. «Это вещи, на которые реагируют многие яйца самых разных организмов — позвоночных и беспозвоночных», — говорит она. «Похоже, они являются довольно распространенными сигналами вылупления и источниками информации для эмбрионов». Она задает множество вопросов о том, как и почему поведение эмбриона меняется в процессе развития — от первых нескольких дней до момента вылупления.

Уоркентин, которая проводит большую часть своей полевой работы в Смитсоновском институте тропических исследований в Гамбоа, Панама, занимается изучением яиц квакши с красными пятнами уже более 20 лет.

Подставки для яиц

Фотогеничная красноглазая древесная лягушка обитает в тропических лесах от Мексики до Колумбии. В период размножения, с мая по ноябрь, в Панаме самки лягушек откладывают кладки яиц — около 40 яиц в кладке — на листья и другую растительность, нависающую над прудами и болотами. Через шесть-семь дней головастики появляются и падают в воду.

Но бывают случаи, когда лучше не ждать так долго. Если яйца упадут в пруд — авария, которая прекратит подачу воздуха, — эмбрионы могут вылупиться всего за три дня. Варкентин пытается выяснить, какой уровень гипоксии вызывает вылупление, сколько времени требуется эмбрионам, чтобы решить вылупиться, и как их потребность в кислороде и способность к вылуплению меняются в процессе развития.

В лаборатории она ищет ответы, используя крошечные стеклянные чашки как раз подходящего размера для кухни кукольного домика. (Она заказала 30 из них у художника по стеклу из Ньютона, штат Массачусетс.) Варкентин помещает одно яйцо лягушки в чашку и ставит чашку в камеру, перед которой находится предметное стекло микроскопа. Она наполняет камеру кипяченой дегазированной водой и записывает на видео, что происходит дальше. В одном видео эмбрион извивается внутри яйца в поисках кислорода и, не найдя достаточного количества воздуха, начинает толкать яйцо. Через несколько секунд он выдавливается.

Варкентин также может манипулировать средой внутри камеры с эмбрионами разного возраста и наблюдать за поведением лягушек. «Мы знаем, что заставляет их вылупляться недостаток кислорода», — говорит она. «Они становятся чувствительными к этому сигналу в очень молодом возрасте и реагируют на него поведенчески задолго до того, как вылупятся. Так что, вероятно, их способность собирать такую ​​информацию не меняется в течение периода вылупления».

Нападения змей и ливни

Изучение реакции эмбриона на вибрации несколько сложнее. Желатиновые яичные массы изначально шаткие, и многие вещи — как опасные, так и безобидные — могут нарушить кладку.

Более ранние исследования Варкентина были сосредоточены на двух таких нарушениях: нападениях змей и ливнях. Записав вибрации, а затем воспроизведя их эмбрионам, она обнаружила, что эмбрионы красноглазых древесных лягушек вылупляются рано в ответ на тряску змеи, кусающей кладку, но не на вибрации капель дождя, забрасывающих яйца.

Работая с Грегом Макдэниелом, адъюнкт-профессором машиностроения, над разработкой и усовершенствованием системы воспроизведения вибрации, Варкентин обнаружил, что эмбрионы реагируют на вибрационные модели и частоты каждого возмущения. «Чем большему количеству различных особенностей вибрации они будут уделять внимание одновременно, тем больше это уменьшит их риск ошибок», — говорит она.

Это важно, потому что ошибки — решение остаться в яйце во время нападения змеи или вылупиться раньше срока из-за бури — могут дорого обойтись. Недоношенные дети часто умирают чаще; во-первых, они плохо плавают и менее способны убежать от водных хищников.

«Очевидно, что раннее вылупление связано с затратами и рисками, — говорит Варкентин, — но если вы собираетесь умереть в яйце, вы можете рискнуть и в пруду».

Источник: Бостонский университет

Как ученые превратили эмбрионы лягушек в живых самовоспроизводящихся роботов обнаружили, что те же самые организмы, которые они создали в 2020 году, способны создавать новые версии самих себя, объединяясь.

Отчет , опубликованный Институт Висса  раскрывает, что ксеноботы, созданные вручную и созданные с помощью компьютера, могут самореплицироваться, выплывая и собирая отдельные клетки, чтобы собрать во рту «детские» версии самих себя. Через несколько дней новые боты начинают двигаться и выглядят точно так же, как их «родители».

Ксеноботы , соскобленные с эмбрионов лягушек, а затем собранные для создания новых форм жизни с помощью суперкомпьютера в Университете Вермонта, были впервые представлены в 2020 году. Тогда ученые обнаружили, что хотя ксеноботы имеют ширину около миллиметра, , они могут вместе двигаться к цели, поднимать полезную нагрузку и лечиться после ранения. Их последнее открытие показывает, что боты могут выходить, находить клетки и многократно воспроизводить себя.

«Это глубоко. Эти клетки имеют геном лягушки, но, освободившись от превращения в головастиков, они используют свой коллективный разум, пластичность, чтобы делать нечто поразительное», — сказал Майкл Левин, доктор философии, профессор биологии. и директор Центра открытий Аллена в Университете Тафтса и соруководитель нового исследования, говорится в заявлении.

В начале своего исследования Левин отметил, что они уже были поражены способностью ксеноботов выполнять простые задачи, поэтому тот факт, что они могут спонтанно воспроизводиться, примечателен. Хотя ксеноботы состоят из клеток лягушек, их поведение отличается от поведения лягушек. По словам ведущего автора Сэма Кригмана, доктора философии, ни одно растение или животное на сегодняшний день не воспроизводится таким образом.

На протяжении всего своего исследования, начиная с создания ксеноботов, ученые позволяли суперкомпьютеру UVM определять, как корректировать формы родителей ксеноботов, которые представляли собой сферу, состоящую примерно из 3000 клеток. Одна из форм, которую придумала машина, напоминает Pac-Man из знаменитой видеоигры.

Они дополнительно изучили, на что способен ксенобот в форме Pac-Man, и пришли к такому результату: он может создавать своих собственных детей, внуков и более поздние поколения самого себя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *