Відносна форма для функціонування в апараті для годування колібрі
Алехандро Ріко-Гевара
Кафедра інтегративної біології Каліфорнійського університету, Берклі, Каліфорнія, Сполучені Штати Америки
Пов’язані дані
Про доступність даних була надана наступна інформація:
Вихідні дані містяться на рисунках та у додаткових файлах.
Анотація
Вступ
Завданнями даної роботи є (1) надати опис зчеплення компонентів годівничого апарату у колібрі - а саме тривимірна придатність кулькового язика, (2) описати архітектуру тканин та поверхні кінчика язика, (3) охарактеризувати та контекстуалізувати загальну та детальну морфологію апарату для годівлі колібрі як у порівняльній (серед птахів), так і в екологічно значущій (біомеханічній) структурі, та (4) провести експерименти, щоб виявити, наскільки живильні структури може пасивно трансформуватися, щоб внести свій внесок у процес збору нектару (тобто, посмертні експерименти). Я використовував гістологію, трансмісійну та скануючу електронну мікроскопію та рентгенівську комп’ютерну томографію з високою роздільною здатністю (microCT) для опису більших анатомічних особливостей та тривимірного розташування язика всередині векселя (рис. 1, відео S1). Було небагато досліджень, подібних до представленого тут, що об’єднували мікроКТ, світлову та електронну мікроскопію з метою вивчення морфологічних ознак шляхом їх зв’язування між різними просторовими шкалами (Handschuh et al., 2013; Jung et al., 2016).
(А) Фотографія колибрі Анни, що витає (Calypte anna, люб’язно надано Робертом Маккуадом), із накладеною 3D-реконструкцією свого рахунку microCT. (B) Розділ коронального вирізу MicroCT, що зображує купюру та язик. (C) Реконструкція сканування MicroCT із зображенням ділянки мови. (D) Фотографія світлової мікроскопії, що зображує ділянку мови з опорним стрижнем у верхній частині. (E) Фотографія з електронною мікроскопією, що зображує ділянку тканини стінки язика, щоб показати її архітектуру.
Матеріали та методи
Рентгенівська комп’ютерна томографія з високою роздільною здатністю (microCT)
Гістологічні препарати
Я розібрав двох рубінових горлових колібрі для вилучення їхніх язиків, які були розрізані на відрізки довжиною 3 мм і закріплені 1,5% (мас./Об.) Глутаральдегіду - 1,5% (мас./Об.) Параформальдегіду в стандартному буфері (0,1 М HEPES, 80 мМ NaCl, 3 мМ MgCl2, рН 7,4, регульований NaOH) протягом загальних 9 годин при 4 ° C з однією зміною у свіжий фіксатор через одну годину. Потім зрізи фіксували в розчині 1% OsO4—0,8% фериціаніду калію - 0,1 М какодилат натрію - 0,375 М NaCl протягом 2 год при 4 ° C, а потім промивали дистильованою водою. Зрізи зневоднювали в градуйованій серії розчинів етанолу і вносили в епоксидну смолу (суміш Embed812, Araldite 502 та DDSA, блоки, полімеризовані при 60 ° C протягом 48 годин). Я отримав напівтонкі поперечні зрізи (1 мкм), які фарбували метиленовим синім/блакитним кольором II (1: 1) з подальшим контрастним фарбуванням фуксином для світлової мікроскопії. Мікрофотографії були зроблені за допомогою цифрової камери відеоспостереження JVC високої роздільної здатності на складений мікроскоп Olympus BX51 з різним збільшенням (до 1000 разів). Я використовував програмне забезпечення Auto-Montage (Syncroscopy Inc.) для складання зображень безлічі оптичних площин, отримуючи тим самим псевдоплощинні поля зору з покращеною візуалізацією тканинних структур.
Трансмісійна електронна мікроскопія (ТЕМ)
Для ТЕМ я використав одного колібрі з рубіновим горлом. Використовуючи деякі фіксовані та вбудовані зрізи (епоксидна смола, оброблена в мікрохвильовому процесорі тканин, Pelco Biowave Pro) мови з гістологічних препаратів, я отримав тонкі (80 нм) поперечні зрізи за допомогою алмазного ножа на Leica Ultracut UCT Ultramicrotome . Зрізи наносили на підтримувальні плівки Formvar для ТЕМ і фарбували або 2% уранілацетатом (UA), і цитратом свинцю (LC, Рейнольдс, 1963), парами UA LC та RuO4, або лише парами RuO4 (Xue, Trent & Osseo-Asare, 1989). Потім ці зрізи були зображені в лабораторії електронної мікроскопії Bioscience в Університеті штату Коннектикут за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа FEI Tecnai G2 Spirit BioTWIN при прискорювальній напрузі 80 кВ і при прямому збільшенні до 120 000 ×.
Скануюча електронна мікроскопія (SEM)
Після CPD я розпилив (Polaron E5100) язики золотом і паладієм, і прикріпив їх до алюмінієвих штифтів за допомогою двосторонньої вуглецевої стрічки, покрив каудальні кінці язиків срібною фарбою і з'єднав їх з алюмінієвими шпильками в для зменшення ефекту зарядки. Я зобразив язики в лабораторії електронної мікроскопії Bioscience в Університеті штату Коннектикут, із скануючим електронним мікроскопом Zeiss DSM982, що працює при прискорювальній напрузі 2 кВ і при прямому збільшенні до 50 000 ×.
Експерименти ex-vivo
Діяльність була розглянута та дозволена Інституційним комітетом з догляду та використання тварин при Університеті штату Коннектикут; Номер звільнення E13-001.
Результати
Рентгенівська комп’ютерна томографія з високою роздільною здатністю (microCT)
Я представляю першу повну серію апаратів для годування колібрі. Я розпочав з найбільш каудального зрізу в носовій окулярі (рис. 2, поперечний переріз [XS] 1), де язик дорсально-вентрально сплющений, а тіло язика (corpus linguae) почало ділитися медіально через вростання ( sulcus linguae) спинного та черевного епітелію (рис. 2, XS 1; пор. XS 11 у Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964). Тіло мови у колібрі охоплює язик від чіткої основи, в місці з'єднання базисіале і параглосса, до ростральних борозенок. Я не представляю опис будови мовного тіла в цій роботі, враховуючи, що це було детально описано раніше (Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964). На XS 2 є темний шар мозолистих тканин, майже повністю оточуючих мовне тіло. Такі шари стають товщі в області вростання і з часом з'єднуються, рухаючись рострально через поперечні перерізи (рис. 2, XS 2–5), ефективно поділяючи тіло язика (пор. XS 13 у Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964) і даючи піднятися на роздвоєний язик. На XS 3 напівциліндрична конфігурація, характерна для язичкових канавок, вже помітна (див. XS 14 у Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964).
Чорна структура в середині фігури - це бічний вигляд купюри з реконструйованого скану, а пунктирні помаранчеві лінії, що перетинають її, відповідають нумерованим перерізам. Верхні та нижні купюри (ринотека та гнатотека - ороговілі оболонки верхньощелепної та нижньощелепної кісток відповідно) на кожній ділянці здаються відокремленими, але у живого колібрі вони можуть бути повністю зчеплені, коли купюра закрита, практично не залишаючи місця поза язичними борозенками в ростральний регіон. Відповідні структури для розуміння функціонування годівничого апарату позначені (див. Текст).