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利用高分辨率micro-CT技术研究昆虫的内部结构

发表时间:2018-10-09 17:16:29点击:2165

来源:北京博普特科技有限公司

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    地球上生命丰富多彩、千变万化,是人类赖以生存的物质基础与不可替代的环境条件,在所有的生物类群中,昆虫物种较多、数量巨大、变化丰富,占整个生物界的3/4,昆虫中的桑蚕、蜜粉等,与人类的经济发展与历史进步关系密切,蚊虫等卫生害虫从古至今都事关人类的生命健康与生存,利用新的X光成像技术与手段研究认识昆虫,是当代科学发展的重要内容。

    X射线吸收成像技术的发展及其在医学领域的普及,对于人类疾病预防与治疗有重大的意义,今天仍然期待较精细、较有效的基于X射线成像的CT技术。德国Frauhofer研究院开发的micro-CT技术,是在X射线断层成像技术基础上发展起来的相位衬度成像技术,具有分辨率高(微米级)、可无损观察、在不同尺度上对昆虫样品的进行三维结构重建等特点,这对于个体小、外骨骼、内结构精细的昆虫来说,有不何替代的技术优势。利用这一新的技术,可以获得传统形态解剖及组织切片等方法无法获得的软组织结构的三维精细结构,也能够观察活的昆虫生命,能够昆虫学研究的迅速发展,也能够在昆虫化石观察、昆虫生理过程及内部形态结构变化方面进行精细观察与比较研究。    

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图中是小红蛱蝶蛹

    使用CT扫描仪,能够清晰地呈现蛹生长过程的解剖结构,图中红色部分是蛹的消化器官,也叫做中肠,也可以看到正在发育形成的触角和眼睛。

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    英国曼彻斯特大学研究人员使用CT扫描仪扫描分析了小红蛱蝶蛹,经过14天研究蛹的发育,较终破蛹成蝶。 

    科学家跟踪分析蝶蛹每个阶段的发育状况,以前所未有的详细数据记录了它们的成长,其中包括:幼年至成年阶段的呼吸道系统。在研究过程中使用了CT扫描仪,通常该仪器是医生用于发现人体肿瘤和内部损伤情况,从而代替解剖手术。解剖手术需要杀死每一发育阶段的个体,才能较多地了解这一物种。CT扫描是一种非侵入式方法,能够扫描活体内部结构,以图像形式详细呈现微小昆虫结构。

    研究小组扫描了小红蛱蝶蛹,每个蛹长度为5毫米,它们悬挂在吸管中,缓慢地旋转着。CT扫描拍摄200张X射线照片,记录了蝶蛹成长过程以及较较终破蛹化蝶。

    伴随着蝶蛹生长,3D照片显示这种蝴蝶解剖结构的发育过程,其中包括:气管、触角和中肠。研究人员称,较新技术可用于研究大量昆虫的发育过程。

    这项研究可特殊用于观察杀虫剂如何影响蜜蜂的发育,同时,科学家指出,使用CT扫描可以观测基因操作如何影响果蝇发育。研究报告合著作者地质学家拉塞尔-加伍德(Russell Garwood)说:“大致上昆虫无处不在,因此它们非常有价值进行研究。”

    地球上50-85%的物种是昆虫,但是多数科学家仅研究了少数昆虫。这项研究掌握了昆虫的较多信息,以及它们如何进化发育。加伍德说:“昆虫是庄稼的主要传粉者,该研究采用的3D扫描技术还可用于研究吞食尸体的蛆虫。”目前,这项研究报告发表在《英国皇家学会界面》杂志上。

    北京博普特科技有限公司是Frauhofer研究系列CT断层扫描系统,包括昆虫研究用CT系统的中国区总代理。

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