science >> Wetenschap >  >> Chemie

Geavanceerde beeldvorming onthult ongebruikelijke, onzichtbare patronen in veren van zeevogels

Hoge resolutie röntgenfluorescentiemicroscopie van veren van gestreepte pijlstormvogels onthullen duidelijke strepen in de verdeling van broom (B) en een regelmatig patroon in de verdeling van zink (C). Krediet:Australische organisatie voor nucleaire wetenschap en technologie (ANSTO)

De identificatie van essentiële chemische elementen in de veren van langeafstandstrekkende zeevogels met behulp van geavanceerde röntgenbeeldvormingstechnieken belooft nieuwe inzichten in de onderliggende fysiologische processen achter verengroei.

In onderzoek gepubliceerd in Natuurwetenschappelijke rapporten , een team van onderzoekers onder leiding van ANSTO-bioloog Nicholas Howell en prof. Richard Banati leverde bewijs van voorheen onzichtbare ruimtelijke patronen in de distributie van metalen die niet lijken te zijn gekoppeld aan fysieke kenmerken in de veren.

Omdat de patronen niet gelinkt zijn aan pigmentatie, dikte of andere structurele kenmerken in de veren, de auteurs suggereren dat er mogelijk een ander niet-geïdentificeerd mechanisme aan het werk is.

"Onze samenwerking heeft een aantal opmerkelijke afbeeldingen van de veren opgeleverd die ons laten zien in complexe en patroonvormende, biochemische processen in cellen, " zei prof Banati.

Beelden met hoge resolutie verzameld met behulp van de röntgenfluorescentiemicrosonde en Maia-spectroscopische detector bij de Australische Synchrotron, onthulde onafhankelijke distributie van zink, calcium, broom, koper en ijzer.

Bij dit onderzoek is de techniek werd toegepast op de hele veer, en vereist geen subsampling- of extractieprocedures om elementen nauwkeurig te identificeren.

"Met behulp van dit krachtige instrument en Maia-detector, David Paterson en Daryl Howard konden monsters scannen die enkele centimeters lang waren met een resolutie van micron, ' zei Howell.

Met röntgenfluorescentiemicroscopie kunt u harde biologische structuren in hun natuurlijke staat bekijken. Het detectorsysteem versnelt het scannen van het monster in realtime en levert gegevens met een ongekende resolutie.

De afbeeldingen, die voorheen onbereikbare gevoeligheid en resolutie hebben, geef een verspreidingskaart van een reeks chemische elementen in de veer.

Het begrijpen van de ontwikkeling van vogelveren is belangrijk voor het begrijpen van de evolutie van vogels, vorming van organen, weefselregeneratie en de gezondheidsstatus van individuele dieren.

De bevindingen hebben ook een aanzienlijke potentiële toepassing in de ontwikkelingsbiologie.

"Dezelfde fundamentele biochemische mechanismen die ervoor zorgen dat veren zich bij vogels kunnen ontwikkelen, zijn aan het werk bij andere dieren en mensen, "zei Howell.

Modellen van patroonvorming in veren tonen (A) waargenomen vorming van zinkpatroon kan het resultaat zijn van een reeds bestaande heterogeniteit tussen veerstamcellen. (B) het aantal afwisselende lijnen van hoog en laag zink benadert de geschatte totale groeiperiode. Krediet:Australische organisatie voor nucleaire wetenschap en technologie (ANSTO)

Bijvoorbeeld, de identificatie van een onderscheiden, een herhalend patroon in de zinkconcentratie in alle monsters was van bijzonder belang.

Zink is een essentieel element bij vogels voor groei, de vorming van enzymen, de ontwikkeling van het skelet en een reeks fysiologische functies.

Deze zinkbanden leken op elkaar, maar waren niet gerelateerd aan verschillende groeibanden.

Het exacte mechanisme dat leidt tot de regelmatige afzettingen van zink is onbekend, maar de wetenschappers merkten op dat het aantal zinkbanden hetzelfde lijkt te zijn als het aantal dagen dat de veer groeit, bijv. de duur van de ruiperiode.

"We hebben geen volledig nauwkeurige gegevens over de snelheid van verengroei bij een trekkende zeevogel, die moet worden geobserveerd onder omstandigheden van de natuurlijke levenscyclus van het dier, ' zei Howell.

"Niettemin, zo regelmatig, biologische patronen bevatten belangrijke informatie, omdat vergelijkbaar met boomringen, ze zijn een natuurlijke tijdstempel die gebeurtenissen registreert tijdens de groei van deze patronen", aldus Howell.

Daarom, de patronen in de veren kunnen nuttig zijn bij het achteraf beoordelen van de gezondheid en voedingsstatus van de vogel, zoals boomringen wijzen op gebeurtenissen in het verleden, zoals droogte en overstromingen.

De veren waren afkomstig van drie soorten trekkende pijlstormvogels, vogels waarvan bekend is dat ze meer dan 60 reizen, 000 kilometer per jaar op hun trek naar broedgebieden.

De heer Howell zei dat geen enkel werk mogelijk zou zijn geweest zonder het nauwgezette veldwerk op afgelegen locaties.

Enkele borst- en vleugelveren van de vleesvoetige, gestreepte en kortstaartige pijlstormvogel werden verzameld op Lord Howe Island, verschillende Japanse eilanden en Bundeena Beach (NSW) onder leiding van co-auteur Dr. Jennifer Lavers van het Institute of Marine and Antarctic Studies aan de Universiteit van Tasmanië.

"Het is erg moeilijk om metalen in biologische monsters af te beelden en te meten, maar het is iets dat we kunnen doen met een verscheidenheid aan technieken bij ANSTO met behulp van röntgenstralen, neutronen en isotopen, ' zei Howell.

Vorig jaar, een vergelijkbare benadering werd gebruikt om strontium in de wervels van haaien te detecteren en te meten.