Новости и мнения

Нано-костюм защищает животных от вакуума

Защитный барьер, созданный из моющего средства и плазмы, позволяет просматривать живые существа под сканирующим электронным микроскопом.

A team of Japanese scientists have found a way of endowing insects and other small animals with a suit of armor that lets them withstand an air-free environment. Команда японских ученых нашла способ снабдить насекомых и других мелких животных костюмом доспехов, который позволяет им противостоять окружающей среде без воздуха. Этот «нано-костюм», созданный из моющего средства и плазмы, позволяет фотографировать живых существ под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ) – процедура, которая обычно убивает их.

СЭМ захватили потрясающе детальные изображения маленьких животных, поместив их в вакуумную камеру и бомбардируя их пучками электронов. Вакуум необходим, потому что молекулы газа рассеивают электроны и снижают разрешение изображений. Но это также убивает и деформирует живых животных, быстро обезвоживая их – вода быстро испаряется по всей их поверхности, и их тела разрушаются. Вот почему SEM работает только с мертвыми образцами, которые были сохранены.

«Наблюдение за живыми образцами с помощью сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения было бы значительным прорывом», – писали авторы в своей статье, опубликованной сегодня (15 августа) в Слушаниях Национальной академии наук . Это позволило бы зоологам изучать движения и поведение своих субъектов, например, гораздо более подробно.

Ведущий автор Такахико Харияма из Медицинской школы Университета Хамамацу первоначально поместил множество живых животных в РЭМ, чтобы увидеть, как долго они могут жить, когда он заметил, что личинки дрозофилы выжили в высоком вакууме. Электронный пучок микроскопа защищал насекомое. Без этого высокий вакуум смял их тела и убил их.

Харияма подозревал, что энергичные электроны немедленно сливают молекулы в кутикуле личинки, создавая жесткую сеть по всему телу мух. Этот нано-костюмный слой имеет толщину от 50 до 100 нанометров, но он защищает личинок от вакуума, предотвращая выход газов и жидкостей из организма.

Команда продублировала эффект, подвергая личинок воздействию плазмы – ионизированного газа, который также обеспечивает достаточно энергии для создания нано-костюма. Этот подход имел тенденцию работать лучше всего на насекомых, у которых кутикула богата амфифильными молекулами – теми, которые привлекаются как к воде, так и к жирам, таким как моющие средства.

Чтобы воссоздать этот эффект у животных, у которых отсутствуют такие молекулы, исследователи сначала покрыли их нетоксичным моющим средством под названием Tween 20. Под воздействием пропитанных моющим средством организмов на плазму или электроны команде удалось создать нано-костюм даже для видов, которые естественным образом не хватало подходящих ингредиентов, в том числе личинок комаров, муравьев, амфипод и даже плоского червя с мягким телом. Все животные выжили, и большинство личинок комаров успешно трансформировались во взрослых после опыта SEM.

Хотя другие команды делали фотографии живых животных в рамках SEM, они всегда включали условия низкого вакуума. По крайней мере одна группа животных – tardigrades – выжила в высоком космическом вакууме, но только после первого полного обезвоживания и перехода в состояние покоя. Даже tardigrade рухнет и умрет, если внезапно подвергнется воздействию SEM вакуума.

«Это интересная новая методика, но я не уверен в ее ценности для микроскопии», – сказал Грегори Полсон, энтомолог из Университета Шиппенсбурга, который не принимал участия в исследовании. При изучении существ с SEM, всегда возникает проблема, что структуры, которые вы видите, могут быть артефактом способа обработки образцов, а не фактическими частями тела. «Техника, описанная в этой статье, в некоторой степени решает эту проблему, но присутствие нано-костюма также может вызвать такую ​​же критику», – сказал Полсон.

Авторы писали в статье, что нано-костюм может «сохранить« реальный облик »[животных] вплоть до микроскопических деталей», но Полсон считает, что это может быть не так для водных животных, таких как личинки комаров. У этих существ прекрасные волосы, жабры и другие структуры, которые, как правило, слипаются при удалении из воды. Это не проблема для обычного использования сканирующего электронного микроскопа, потому что образцы обычно сушат. Но, по словам Полсона, «я думаю, что пернатый жабр будет выглядеть как капля, если надет нано-костюм».

Y. Takaku et al., «Тонкая полимерная мембрана, нано-костюм, повышающая выживаемость в континууме между воздухом и высоким вакуумом», Труды Национальной академии наук, doi: 10.1073 / pnas.1221341110, 2013.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *