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类似万博简单的app 《细胞》重磅:炫酷到爆!史上最清晰胚胎发育过程动态视频发布,生命的早期竟如此壮美(多高清图)丨科学大

发布时间:2020-01-11 14:47:19

类似万博简单的app 《细胞》重磅:炫酷到爆!史上最清晰胚胎发育过程动态视频发布,生命的早期竟如此壮美(多高清图)丨科学大

类似万博简单的app,传说中哲学上有三大终极问题:我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?从科学上来说呢,我们每个人都来自一个小小的受精卵。不过一个受精卵是怎么发育成一个人的呢?

追踪胚胎发育,在果蝇[1]和斑马鱼[2]中已经实现了,不过到了哺乳动物小鼠,困难可就多多了。相比那些卵生生物,在子宫中发育的小鼠,胚胎体积变化很大,难以追踪。而且小鼠胚胎透光性不好,还对光很敏感,如果用传统的激光共聚焦显微镜观察,顶多能正常发育24小时。

最近,这些问题都被霍华德·休斯医学研究所的katie mcdole和philipp keller

等解决了。他们开发了一套自适应多视点单层光显微系统,追踪观察了小鼠胚胎从原肠胚到早期器官形成的全过程。此研究发表在cell上[3]。

话不多说,还是看看小鼠的胚胎发育吧。

胚胎在不断长大,放大倍率也得跟着调整。

胚胎的生长离不开细胞分裂,胚胎中的细胞分裂情况是怎样的呢?

红黄色的闪光就是分裂中的细胞

接下来就是这个研究重点了——单细胞水平的追踪

颜色代表细胞密度

这些细胞都会形成什么组织呢?这么多颜色,奇点糕也不知道该怎么称呼,就按从上到下的顺序好了。第一对颜色是体壁中胚层,它日后会发育成我们的体腔内壁以及四肢的骨骼、肌肉、血管等。第二对是脏壁中胚层,它日后会成为内脏的平滑肌、结缔组织等。第三对是体节中胚层,脊柱、肋骨以及上面的肌肉都是从这来的。第四对是头中胚层,日后形成头面部的肌肉等。

下面三个,绿色的是神经管,将发育成脑和脊髓。红色的是脊索,只在发育过程中存在,最终退化为椎间盘的髓核。左侧蓝紫色的是生心区,心脏和大血管都是从这里长出来的。

再把细胞分裂的情况加上。

食色性也,再来看看原始生殖细胞的迁移吧,就是那几个红色的

还有心脏的形成,绿色的是心管祖细胞。

然后就砰砰跳起来了。

脊髓和脑的发育,可以看到胚胎中部先形成一条神经沟,然后神经沟两边从胚胎中部开始愈合,形成神经管。

最后登场的是全场最突出的选手——脊索。左图里,绿色的是神经祖细胞;中图和右图中,紫色的是脊索。

在哺乳动物里,脊椎长出后,脊索退化成椎间盘中的髓核。椎间盘突出,就是髓核突破了周围纤维环的束缚,进入椎管,压迫神经。

最后看下给我们带来这些视觉奇观的装置吧。

这套装置如此强大,主要是能不断测量胚胎的形状和光学性质,根据监测的数据做出补偿,减少散射,优化分辨率,减少光毒性。配套的软件系统也是很强大的,不过奇点糕对算法一窍不通,就不班门弄斧了。

这项研究对致力于器官再生,或者试图在子宫中纠正先天畸形的科学家十分重要。第一作者katie mcdole 表示:“要做到这些,你首先需要了解器官是如何形成的,你需要实际观察一个真正的胚胎发生了什么。”

对普通人来说,这个研究也让我们能一睹生命最初的过程。如果再考虑到胚胎发育的过程,很大程度上是种系进化的重演,我们从中看到的又何尝不是生命从单细胞一步步进化到人的历程。

编辑神叨叨

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参考文献:

1. amat f, lemon w, mossing d p, et al. fast, accurate reconstruction of cell lineages from large-scale fluorescence microscopy data[j]. nature methods, 2014, 11(9): 951.

2. keller p j, schmidt a d, wittbrodt j, et al. reconstruction of zebrafish early embryonic development by scanned light sheet microscopy[j]. science, 2008, 322(5904): 1065-1069.

3. mcdole k, guignard l, amat f, et al. in toto imaging and reconstruction of post-implantation mouse development at the single-cell level[j]. cell, 2018.

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本文作者 | 孔劭凡

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