Løse et undersjøisk mysterium med CT-skanninger

Ved hjelp av 3D-bilder har forskere endelig oppdaget hvordan sprø stjerner – små sjøstjernelignende skapninger – kan bære så mange babyer inn i kroppen samtidig.

Jeffrey L. Rotman / Corbis

Sprø stjerner, slektninger til sjøstjerner, har tøffe eksoskjeletter og lange, slanke armer. De fleste av de rundt 2000 artene bruker standard, hands-off marin reproduksjonsmetode, og spyr eggene og sædcellene ut i vannet og lar det være. Men andre sprø stjernearter har utviklet en mer overraskende strategi: De bærer sine voksende unger inne i seg selv, et dusin eller flere babyer pakket inn i sekker inne i foreldrenes kropp. Avhengig av arten kan denne forelderen være en hunn eller en hermafroditt.



Det er et mysterium som fortsatt stumper forskere som forsker på sprø stjerner: Hvordan klemmer dyrene alle disse avkommet – og deres mange armer – inn i det samme trange rommet som huser alle deres vitale organer? Den voksne ser i grunnen ut som om den er helt fylt med ungdommer, sier Jannes Landschoff, en doktorgradsstudent ved University of Cape Town i Sør-Afrika som studerte sprø stjerner for sin masteroppgave. Det er en ganske stor byrde som moren bærer rundt på.

Landschoff har dissekert mange sprø stjerner for sin forskning, men hver gang han skjærte inn et av disse dyrene, skapte han feil data ved å forstyrre den mirakuløse pakkejobben inne. Så for noen måneder siden bestemte Landschoff seg for å utforske et alternativ: Han fikk et enestående glimt inne i intakte sprø stjerner ved hjelp av mikroCT-skanning, som gir detaljert 3D-informasjon uten bruk av kniv.

Den voksne ser i utgangspunktet ut som om den er helt fylt med ungdommer.

CT, eller datatomografi, bruker røntgenstråler for å skanne en kropp i en serie virtuelle skiver. Stablet sammen produserer disse skivene et 3D-bilde, som ligner på en MR-skanning. MicroCT, en teknikk som har vokst i popularitet, tar disse bildene med en veldig høy oppløsning, og tillater en detaljert titt på selv et lite dyr. Andre forskere har brukt teknologien til å se inn i forskjellige skapninger, inkludert sjøstjerner, men ingen hadde noen gang brukt den til å kikke inn i en grublende sprø stjerne.

For sitt mikroCT-eksperiment valgte Landschoff og Charles Griffiths, en zoologiprofessor ved University of Cape Town, to sprø-stjernearter hjemmehørende i Sør-Afrika. Amphipholis squamata er liten og hermafroditisk, med en kropp som er bare noen få millimeter bred (uten at de lange bena er medregnet). Ophioderma wahlbergii er en gigant til sammenligning – kroppen er mer enn en tomme på tvers – og kan enten være mann eller kvinne. Selv om artene er fjerne slektninger, har de begge uavhengig utviklet seg til å ruge ungene sine inne i kroppen.

Landschoff la avdøde sprø stjerner av hver art i skanneren, først fjernet bena deres og festet kroppene til et hardt stykke skum. Han bemerker at selv om disse sprø stjernene var døde, kan levende dyr gå gjennom en CT-skanner; skanningen i seg selv vil ikke skade dem. Men skanninger kan ta noen timer, og ethvert dyr som ikke er dødt må bedøves for å holde seg helt stille. Enhver vingling vil ødelegge bildene.

De høyoppløselige skivene viste, i svart og hvitt, de pansrede lemmene til unge sprø stjerner plassert inne i mødrene deres som en tettpakket sokkeskuff. Disse skivene ble stablet sammen for å lage 3D-visninger av mødrenes kropper. Noen av bildene ble en animasjon som praktisk talt pakker ut 13 ungdommer O. Wahlbergii sprø stjerner fra kroppen til moren deres.

Det ser fantastisk ut, sier Landschoff. Skanningene viste at inne i foreldrene var alle babyene plassert opp-ned. (For en sprø stjerne betyr det at munnen, som er på undersiden av kroppen og fungerer som anus, peker opp.) Ungene så ut til å ha munnen presset mot de øvre veggene av sekkene, som om de sugde til seg næringsstoffer fra mødrene deres. Dette støttet en langvarig hypotese om at mødre med sprø stjerne mater ungene sine, i tillegg til å huse dem.

3D-visningene av de sprø stjernene viste seg å støtte Landschoffs observasjoner fra hans disseksjoner av dyrene. Men selv når de ikke gir helt ny informasjon, kan skanninger som dette være en nyttig måte å generere offentlig interesse for vitenskapelig forskning. Jeg tror den virkelig sterke fordelen med metoden er å bruke dataene for eksempel på museer, sier han. Bildene kunne til og med reproduseres på en 3D-printer for å lage en fysisk modell.

MikroCT-skanning vokser raskt, sier Alexander Ziegler, en evolusjonsbiolog ved universitetet i Bonn i Tyskland. Takket være høyoppløsningen forskerne kan få fra dagens mikroCT-skannere, bruker de teknologien til å utforske innsiden til flere dyr. Det er spesielt nyttig for å studere strukturene inne i små dyr.

Anbefalt lesing

  • En bioluminescerende blomst i Hong Kong

    Alan Taylor
  • Du aner ikke hvor vanskelig det er å drikke en hamster full

    Sarah Zhang
  • Ventetiden var verdt det

    Marina Koren

En annen fordel med å bruke skanninger for å lære om dyrenes anatomi, i stedet for å skjære opp dyrene, er at forskere kan studere verdifulle prøver i museumssamlinger uten å ødelegge dem. Ikke-invasiv skanning kan også være en rask og kostnadseffektiv måte å samle informasjon på, sier Ziegler, og de digitale dataene kan enkelt deles.

Landschoff bestemte seg for å dele hele datasettet hans , og gjør alle skanningene fritt tilgjengelige for publikum og andre forskere. Jeg brukte bare en veldig liten del av informasjonen som er lagret i bildene jeg har, sier han. Han håper andre forskere vil være i stand til å låse opp mer av den informasjonen i sin egen forskning. Hvor mye av kroppen til en grublende sprø stjerne blir for eksempel vanligvis tatt opp av ungene? Hos de mindre artene som Landschoff studerte, fylte de seks babyene bemerkelsesverdige 25 prosent av mors kroppsvolum. Ved å sammenligne bildene hans med sprø stjerner i forskjellige deler av verden, kan andre forskere lære mer om hvordan babyene klemmer seg inn blant søsknene sine og morens organer.

Noen ganger, når du ønsker å forstå nøyaktig hva som skjer i et dyrs kropp, vil det bare ikke gjøre å kutte det opp. Men det er et annet fascinerende element av sprø stjernereproduksjon som forskere har vært i stand til å observere uten skanninger eller skalpeller: Uansett hvordan de klarer det, vokser og fødes babyer med sprø stjerne uten å skade mødrene sine. På slutten av den måneder lange rugeperioden, kryper de fullformede ungene rett og slett ut av mødrene sine gjennom fleksible spalter og går bort.


Relatert video

En banebrytende teknikk kan raskt gjenopprette jordens minkende korallrevbestand.