Løsning af et undersøisk mysterium med CT-scanninger

Ved hjælp af 3D-billeddannelse har forskere endelig opdaget, hvordan sprøde stjerner - små søstjernelignende væsner - kan bære så mange babyer inde i deres kroppe på én gang.

Jeffrey L. Rotman / Corbis

Skøre stjerner, slægtninge til søstjerner, har hårde eksoskeletter og lange, slanke arme. De fleste af de omkring 2.000 arter bruger standard, hands-off marine reproduktionsmetode, spytter deres æg og sæd i vandet og lader det blive ved det. Men andre arter af sprøde stjerner har udviklet en mere overraskende strategi: De bærer deres voksende unger inde i sig selv, et dusin eller flere babyer pakket ind i sække inde i forældrenes krop. Afhængigt af arten kan denne forælder være en hun eller en hermafrodit.



Det er et mysterium, der stadig støder videnskabsmænd, der forsker i sprøde stjerner: Hvordan klemmer dyrene alle disse afkom – og deres mange arme – ind i det samme trange rum, som huser alle deres vitale organer? Den voksne ser dybest set ud, som om den er helt fyldt med unge, siger Jannes Landschoff, en kandidatstuderende ved University of Cape Town i Sydafrika, som studerede sprøde stjerner til sit kandidatspeciale. Det er en ret stor byrde, som moderen bærer rundt på.

Landschoff har dissekeret masser af sprøde stjerner til sin forskning, men hver gang han skåret ind i et af disse dyr, skabte han fejlagtige data ved at forstyrre det mirakuløse pakkearbejde indeni. Så for et par måneder siden besluttede Landschoff at udforske et alternativ: Han fik et hidtil uset glimt inde i intakte sprøde stjerner ved hjælp af mikroCT-scanning, som giver detaljeret 3D-information uden brug af en kniv.

Den voksne ser i bund og grund ud som om den er helt fyldt med unge.

CT, eller computertomografi, bruger røntgenstråler til at scanne en krop i en række virtuelle skiver. Stablet sammen producerer disse skiver et 3D-billede, der ligner en MR-scanning. MicroCT, en teknik, der er vokset i popularitet, tager disse billeder i en meget høj opløsning, hvilket tillader et detaljeret kig på selv et lille dyr. Andre forskere har brugt teknologien til at kigge ind i forskellige væsner, inklusive søstjerner, men ingen havde nogensinde brugt den til at kigge ind i en rugende sprød stjerne.

Til deres mikroCT-eksperiment valgte Landschoff og Charles Griffiths, en zoologiprofessor ved University of Cape Town, to sprøde stjernearter hjemmehørende i Sydafrika. Amphipholis squamata er lille og hermafroditisk, med en krop på blot et par millimeter bred (dets lange ben ikke medregnet). Ophioderma wahlbergii er en kæmpe til sammenligning – dens krop er mere end en tomme på tværs – og kan enten være han eller hun. Selvom arterne er fjerne slægtninge, har de begge uafhængigt udviklet sig til at ruge deres unger inde i deres kroppe.

Landschoff satte afdøde sprøde stjerner af hver art i scanneren, først fjernede deres ben og sikrede kroppene til et hårdt stykke skum. Han bemærker, at selvom disse sprøde stjerner var døde, kan levende dyr gå gennem en CT-scanner; selve scanningen vil ikke skade dem. Men scanninger kan tage et par timer, og ethvert dyr, der ikke er dødt, skal bedøves for at holde helt stille. Enhver vrikken vil ødelægge billederne.

De højopløselige skiver viste, i sort og hvid, de pansrede lemmer af unge sprøde stjerner puttet inde i deres mødre som en tætpakket sokkeskuffe. Disse skiver blev stablet sammen for at skabe 3D-visninger af mødrenes kroppe. Nogle af billederne blev til en animation, der nærmest pakker 13 unge ud O. Wahlbergii sprøde stjerner fra deres mors krop.

Det ser fantastisk ud, siger Landschoff. Scanningerne viste at inde i forældrene var alle babyerne placeret på hovedet. (For en sprød stjerne betyder det, at munden, som er på undersiden af ​​kroppen og fungerer som anus, peger op.) Ungerne så ud til at have deres mund presset mod de øvre vægge af deres sække, som om de sugede næringsstoffer til sig. fra deres mødre. Dette understøttede en langvarig hypotese om, at skøre-stjernemødre fodrer deres unger ud over at huse dem.

3D-visningerne af de sprøde stjerner viste sig at understøtte Landschoffs observationer fra hans dissektioner af dyrene. Men selv når de ikke giver helt ny information, kan scanninger som denne være en nyttig måde at skabe offentlig interesse for videnskabelig forskning. Jeg tror, ​​den helt store fordel ved metoden er at bruge dataene for eksempel på museer, siger han. Billederne kunne endda gengives på en 3-D printer for at lave en fysisk model.

MicroCT-scanning vokser hurtigt, siger Alexander Ziegler, en evolutionær biolog ved universitetet i Bonn i Tyskland. Takket være den højopløsning, videnskabsmænd kan få fra nutidens microCT-scannere, bruger de teknologien til at udforske indersiden af ​​flere dyr. Det er især nyttigt til at studere strukturerne inde i små dyr.

Anbefalet læsning

  • En bioluminescerende blomst i Hong Kong

    Alan Taylor
  • Du aner ikke, hvor svært det er at få en hamster fuld

    Sarah Zhang
  • Ventetiden var det værd

    Marina Koren

En anden fordel ved at bruge scanninger til at lære om dyrenes anatomi i stedet for at skære dyrene op, er, at forskere kan studere værdifulde prøver i museumssamlinger uden at ødelægge dem. Non-invasiv scanning kan også være en hurtig og omkostningseffektiv måde at indsamle information på, siger Ziegler, og de digitale data kan nemt deles.

Landschoff besluttede at dele hans fulde datasæt , hvilket gør alle scanninger frit tilgængelige for offentligheden og andre videnskabsmænd. Jeg brugte kun en meget lille del af den information, der er gemt i de billeder, jeg har, siger han. Han håber, at andre videnskabsmænd vil være i stand til at låse op for mere af den information i deres egen forskning. For eksempel, hvor meget af en rugende sprød stjernes krop optages normalt af dens unge? Hos de mindre arter, som Landschoff undersøgte, fyldte de seks babyer bemærkelsesværdige 25 procent af moderens kropsvolumen. Ved at sammenligne hans billeder med sprøde stjerner i forskellige dele af verden, kan andre videnskabsmænd måske lære mere om, hvordan babyerne klemmer sig ind blandt deres søskende og moderens organer.

Nogle gange, når du ønsker at forstå præcis, hvad der sker i et dyrs krop, vil det bare ikke gøre det at skære det op. Men der er et andet fascinerende element af sprød-stjerne-reproduktion, som forskerne har været i stand til at observere uden scanninger eller skalpeller: Uanset hvordan de klarer det, vokser sprøde-stjerne-babyer og bliver født uden at skade deres mødre. I slutningen af ​​den måneder lange rugeperiode kravler de fuldt dannede unger simpelthen ud af deres mødre gennem fleksible spalter og går væk.


Relateret video

En banebrydende teknik kunne hurtigt genoprette jordens svindende koralrevsbestand.