Forma legată de funcționarea aparatului de hrănire a colibriilor
Alejandro Rico-Guevara
Departamentul de Biologie Integrativă, Universitatea din California, Berkeley, CA, Statele Unite ale Americii
Date asociate
Următoarele informații au fost furnizate cu privire la disponibilitatea datelor:
Datele brute sunt incluse în cifre și în fișierele suplimentare.
Abstract
Introducere
Scopurile acestei lucrări sunt (1) de a oferi o descriere a cuplării componentelor aparatului de hrănire la colibri - și anume potrivirea tridimensională a limbii de factură, (2) de a descrie arhitectura țesutului și suprafețele vârfului limbii, (3) să caracterizeze și să contextualizeze morfologia brută și detaliată a aparatului de hrănire a colibriului atât într-un cadru comparativ (între păsări), cât și relevant din punct de vedere ecologic (biomecanică) și (4) să efectueze experimente pentru a releva măsura în care structurile de hrănire se poate transforma pasiv pentru a contribui la procesul de colectare a nectarului (adică, experimente post-mortem). Am folosit histologie, transmisie și microscopie electronică de scanare și tomografie computerizată cu raze X de înaltă rezoluție (microCT) pentru a descrie trăsături anatomice mai mari și dispunerea tridimensională a limbii în interiorul facturii (Fig. 1, Video S1). Au existat puține studii, precum cea prezentată aici, care au fuzionat microscopie microCT, lumină și electronică pentru a examina trăsăturile morfologice prin legarea lor între scări spațiale disparate (Handschuh și colab., 2013; Jung și colab., 2016).
(A) Fotografie a unei colibri Anna care planează (Calypte anna, prin amabilitatea lui Robert McQuade), cu o reconstrucție 3D suprapusă a microCT a facturii sale. (B) Secțiunea de tăiere coronală scanată MicroCT care prezintă atât factura, cât și limba. (C) Reconstrucția scanării MicroCT care prezintă o secțiune a limbii. (D) Fotografie cu microscopie luminoasă care prezintă o secțiune a limbii cu tija de susținere în partea de sus. (E) Fotografie de microscopie electronică care prezintă o secțiune a țesutului peretelui limbii pentru a-i arăta arhitectura.
Materiale și metode
Tomografie computerizată cu raze X de înaltă rezoluție (microCT)
Preparate histologice
Am disecat două colibri cu gură de rubin pentru a-și extrage limba, care au fost tăiate în secțiuni lungi de 3 mm și fixate cu 1,5% (greutate/vol) glutaraldehidă - 1,5% (greutate/vol) paraformaldehidă în tampon standard (0,1 M HEPES, 80 mM NaCI, 3 mM MgCl2, pH 7,4 ajustat cu NaOH) pentru un total de 9 ore la 4 ° C cu o schimbare în fixativ proaspăt după o oră. Secțiunile au fost apoi fixate într-o soluție de 1% OsO4 - 0,8% fericianură de potasiu - 0,1 M cacodilat de sodiu - 0,375 M NaCI timp de 2 ore la 4 ° C și apoi spălate în apă distilată. Secțiunile au fost deshidratate într-o serie gradată de soluții de etanol și încorporate în rășină epoxidică (un amestec de Embed812, Araldite 502 și DDSA, blocuri polimerizate la 60 ° C timp de 48 de ore). Am obținut secțiuni transversale semi-subțiri (1 µm) care au fost colorate cu albastru de metilen/azur II (1: 1) urmate de contracolorare cu fucsină pentru microscopie ușoară. Fotomicrografiile au fost capturate folosind o cameră digitală CCTV de înaltă rezoluție JVC pe un microscop compus Olympus BX51 la măriri diferite (până la 1.000x). Am folosit software-ul Auto-Montage (Syncroscopy Inc.) pentru a compila imagini de mai multe planuri optice, obținând astfel câmpuri de vedere pseudo-plane cu vizualizare îmbunătățită a structurilor țesuturilor.
Microscopie electronică cu transmisie (TEM)
Am folosit un colibri cu guler rubiniu pentru TEM. Folosind unele dintre secțiunile fixe și încorporate (rășină epoxidică prelucrată într-un procesor de țesuturi cu microunde, Pelco Biowave Pro) ale limbii din preparatele histologice, am obținut secțiuni transversale subțiri (80 nm) folosind un cuțit diamantat pe un ultracrotom Leica Ultracut UCT . Secțiunile au fost plasate pe filme de suport Formvar pentru TEM și colorate fie cu acetat de uranil 2% (UA) și citrat de plumb (LC, Reynolds, 1963), vapori UA LC și RuO4 sau numai vapori RuO4 (Xue, Trent și Osseo-Asare, 1989). Aceste secțiuni au fost apoi realizate la laboratorul de microscopie electronică Bioscience de la Universitatea din Connecticut, cu un microscop electronic cu transmisie FEI Tecnai G2 Spirit BioTWIN la o tensiune de accelerare de 80 kV și la măriri directe de până la 120.000 ×.
Microscopie electronică cu scanare (SEM)
După CPD, am îmbrăcat (Polaron E5100) limbile cu aur și paladiu și le-am atașat la butuci SEM din aluminiu folosind bandă de carbon pe două fețe, am acoperit capetele caudale ale limbilor cu vopsea argintie și le-am conectat la butoanele de aluminiu în pentru a reduce efectele de încărcare. Mi-am imaginat limbile la laboratorul de microscopie electronică Bioscience de la Universitatea din Connecticut, cu un microscop electronic cu scanare cu emisie de câmp Zeiss DSM982, operat la o tensiune de accelerare de 2 kV și la măriri directe de până la 50.000 ×.
Experimente ex-vivo
Activitățile au fost revizuite și autorizate de Comitetul instituțional de îngrijire și utilizare a animalelor de la Universitatea din Connecticut; Numărul de scutire E13-001.
Rezultate
Tomografie computerizată cu raze X de înaltă rezoluție (microCT)
Vă prezint prima serie completă de secțiuni transversale a unui aparat de hrănire a colibriilor. Am început cu cea mai caudală secțiune a operculului nazal (Fig. 2, secțiunea transversală [XS] 1) unde limba este aplatizată dorso-ventral, iar corpul limbii (corpus linguae) a început să se împartă medial datorită unei creșteri ( sulcus linguae) ale epiteliilor dorsale și ventrale (Fig. 2, XS 1; cf. XS 11 în Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964). Corpul limbii la colibri cuprinde limba de la o bază distinctă, la articulația dintre bazihial și paraglossum, până la canelurile rostrale. Nu prezint o descriere a structurii corpului lingual în această lucrare, având în vedere că acest lucru a fost detaliat anterior (Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964). La XS 2 există un strat întunecat de țesut cornificat care înconjoară aproape complet corpul lingual. Astfel de straturi devin mai groase la regiunea de creștere și se conectează în cele din urmă, atunci când se deplasează rostral prin secțiuni transversale (Fig. 2, XS 2-5), împărțind efectiv corpul limbii (cf. XS 13 în Weymouth, Lasiewski & Berger, 1964) și oferind se ridică la o limbă bifidă. La XS 3 configurația semicilindrică caracteristică canelurilor limbii este deja vizibilă (cf. XS 14 în Weymouth, Lasiewski și Berger, 1964).
Structura neagră din mijlocul figurii este o vedere laterală a facturii din scanarea reconstituită, iar liniile portocalii punctate care o traversează corespund secțiunilor transversale numerotate. Băncile superioare și inferioare (rinoteca și gnatoteca sunt învelișurile keratinoase ale oaselor maxilare și respectiv ale mandibulare) de pe fiecare secțiune apar separate, dar într-un colibru viu pot fi cuplate complet când becul este închis, lăsând practic niciun spațiu în afara canelurilor limbii în regiunea rostrală. Structurile relevante pentru înțelegerea funcționării aparatului de alimentare sunt etichetate (a se vedea textul).