Ученые считают, что слух у плодовых мушек и у людей удивительно похож на клеточном уровне, поэтому они хотели бы изучить ухо плодовой мушки, чтобы узнать больше о том, как слышат люди.
Но они не могут легко добраться до уха мухи.
Исследования, проведенные Университетом Айовы, нашли способ получить доступ к уху мухи, а также к органам других насекомых, несмотря на то, что оно защищено закаленным внешним покрытием, известным как экзоскелет. Исследователи описывают технику, заключающую насекомое в твердую смолу, подобно тому, как некоторые древние насекомые сохранялись в янтаре. Однако, в отличие от животных, постоянно погребенных под землей, новая техника позволяет исследователям открывать экзоскелет и изучать живые органы и клетки.
Помимо использования этой техники для изучения слуха плодовых мушек, исследователи говорят, что ее можно использовать также для изучения зрения, работы мозга и других биологических процессов с живыми клетками подопытных животных.
«Мы разработали простую процедуру вскрытия экзоскелета членистоногих, которая обнажает живую ткань и нейронные компоненты», - пишут авторы в статье, опубликованной в журнале Frontiers in Physiology с открытым доступом. «Мы считаем, что эта процедура будет иметь большое значение для раскрытия секретов органов чувств и других клеток, заключенных в пределах очень маленьких кутикулярных компартментов».
Экзоскелет насекомого похож на комбинацию костей и кожи, образуя двойную броню, защищающую внутренние органы от хищников, болезней и других угроз. Поскольку эти органы также часто расположены в крошечных, труднодоступных местах, ученые изо всех сил пытались выявить их таким образом, чтобы их можно было изучать в живом состоянии.
Хорошим примером является ухо плодовой мушки. Он спрятан в части антенны мухи шириной всего 80 микрон, что меньше ширины человеческого волоса. Отделение также покрыто частью экзоскелета, что усложняет работу с его содержимым.
«Основная проблема заключается в том, что сенсорные клетки спрятаны внутри очень маленьких антенн, что не позволяет ученым получить доступ к сенсорным клеткам», - говорит Алан Кей, профессор биологии UI и автор статьи.
Кей обратилась за решением в стоматологию. Его отец был дантистом, и Кей вспоминает, как в детстве был очарован всеми новыми приспособлениями и материалами, которые использовал его отец. Он задавался вопросом, сможет ли он заключить голову мухи в своего рода клей, где она будет зафиксирована в пространстве и все же останется живой, чтобы он мог изучать клетки и органы.
"Нет ничего лучше детальной внутренней трехмерной топологии, которая находится прямо перед вами."
Кристофер Баравач и Стивен Армстронг из Стоматологического колледжа UI предоставили Кею смолы для пробы. Джон Шолте и Аллан Гаймон из Департамента химической и биохимической инженерии Университета UI определили химические свойства смол.
Конечным продуктом была смола с медовой консистенцией, разработанная таким образом, чтобы капля обволакивала голову мухи и удерживала ее на месте, не прилипая к ней. Затем Кей затвердела смолу светом, чтобы можно было делать точные надрезы, чтобы изолировать область, не разрушая тонкие клетки, расположенные внутри. Исследователи также добавили питательный раствор, чтобы ткани и клетки оставались живыми во время разрезания.
Оттуда отрезанный участок можно было втиснуть в воск и наблюдать и исследовать его под любым углом, как подвешенный живой образец.
«Ничто так не сравнится с подробной внутренней трехмерной топологией, которая находится прямо перед глазами», - говорит Дэниел Эберл, биолог по пользовательскому интерфейсу, изучающий слух плодовых мушек и являющийся соавтором статьи.
Исследователи продемонстрировали, что этот метод работает на муравьях, комарах, водяных блохах (дафнии) и клещах. Эберл и Кей планируют воспользоваться этой техникой, чтобы узнать, например, почему клетки внутри уха мухи по-разному реагируют на внешние раздражители.
«Некоторые сенсорные нервные клетки реагируют на вибрацию, в то время как другие реагируют на простое отклонение, как на ветру», - говорит Эберл.
Эти основные процессы слуха, будь то у мух или у людей, остаются в основном загадкой.
«Примечательно, что ухо мухи и человеческое ухо выглядят совершенно по-разному, но в том, как работают эти органы, есть много общего», - говорит Эберл.