A microscopia de fluorescência de raios-X de alta resolução de penas de cagarra listrada revela bandas distintas na distribuição de bromo (B) e um padrão regular na distribuição de zinco (C). Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
A identificação de elementos químicos essenciais nas penas de aves marinhas migratórias de longa distância usando técnicas avançadas de imagem de raios-X promete novos insights sobre os processos fisiológicos subjacentes ao crescimento das penas.
Em pesquisa publicada em Nature Scientific Reports , uma equipe de investigadores liderada pelo biólogo da ANSTO Nicholas Howell e pelo professor Richard Banati forneceu evidências de padrões espaciais nunca antes vistos na distribuição de metais que não parecem estar ligados às características físicas das penas.
Como os padrões não estão ligados à pigmentação, espessura ou outras características estruturais nas penas, os autores sugerem que outro mecanismo não identificado pode estar em funcionamento.
"Nossa colaboração produziu algumas representações notáveis das penas que nos permitem ver o complexo e a formação de padrões, processos bioquímicos nas células, "disse o Prof Banati.
Imagens de alta resolução coletadas usando o microssonda de fluorescência de raios-X e detector espectroscópico Maia no Síncrotron australiano, revelou distribuição independente de zinco, cálcio, bromo, cobre e ferro.
Nesta investigação, a técnica foi aplicada a toda a pena, e não requer procedimentos de subamostragem ou extração para identificar os elementos com precisão.
"Usando este poderoso instrumento e detector Maia, David Paterson e Daryl Howard conseguiram digitalizar amostras com vários centímetros de comprimento e resolução de mícron, "disse Howell.
A microscopia de fluorescência de raios-X permite que você visualize estruturas biológicas sólidas em seu estado natural. O sistema detector acelera a varredura da amostra em tempo real e fornece dados em resolução sem precedentes.
As imagens, que têm sensibilidade e resolução anteriormente não alcançadas, fornecer um mapa de distribuição de uma variedade de elementos químicos na pena.
Compreender o desenvolvimento das penas das aves é importante para compreender a evolução das aves, formação de órgãos, regeneração de tecidos e o estado de saúde de animais individuais.
Os resultados também têm uma aplicação potencial significativa de forma mais ampla na biologia do desenvolvimento.
"Os mesmos mecanismos bioquímicos básicos que permitem que as penas se desenvolvam em pássaros estão em ação em outros animais e humanos, "disse Howell.
Os modelos de formação de padrões em penas representam (A) a formação de padrões de zinco observada pode ser o resultado de uma heterogeneidade pré-existente entre as células-tronco das penas. (B) o número de linhas alternativas de alto e baixo zinco aproxima-se do período total estimado de crescimento. Crédito:Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO)
Por exemplo, a identificação de um distinto, O padrão repetitivo na concentração de zinco em todas as amostras foi de particular interesse.
O zinco é um elemento essencial para o crescimento das aves, a formação de enzimas, o desenvolvimento do esqueleto e uma gama de funções fisiológicas.
Essas bandas de zinco se assemelhavam, mas não estavam relacionadas a bandas de crescimento distintas.
O mecanismo exato que leva aos depósitos regulares de zinco é desconhecido, mas os cientistas notaram que o número de bandas de zinco parece ser o mesmo que o número de dias em que a pena cresce, por exemplo. a duração do período de muda.
"Não temos dados totalmente precisos sobre a taxa de crescimento das penas em uma ave marinha migratória, que precisa ser observado sob as condições do ciclo de vida natural do animal, "disse Howell.
"Apesar disso, tão regular, padrões biológicos contêm informações importantes, porque semelhante a anéis de árvores, eles são uma marca de tempo natural que registra eventos durante o crescimento desses padrões ", disse Howell.
Portanto, os padrões nas penas podem ser úteis na avaliação retrospectiva da saúde e do estado nutricional da ave, na forma como os anéis das árvores indicam eventos ambientais passados, como secas e inundações.
As penas vieram de três espécies de cagarras migratórias, pássaros que viajam mais de 60 anos, 000 quilômetros por ano em sua migração para áreas de reprodução.
O Sr. Howell disse que nenhum trabalho teria sido possível sem o trabalho de campo meticuloso em locais remotos.
Peito único e penas de asa do pé de carne, Cagarras rajado e de cauda curta foram coletadas na Ilha de Lord Howe, várias ilhas japonesas e Bundeena Beach (NSW) sob a direção da co-autora Dra. Jennifer Lavers do Instituto de Estudos Marinhos e Antárticos da Universidade da Tasmânia.
“É muito difícil obter imagens e medir metais em amostras biológicas, mas é algo que podemos fazer com uma variedade de técnicas da ANSTO usando raios-X, nêutrons e isótopos, "disse Howell.
Ano passado, uma abordagem semelhante foi usada para detectar e medir o estrôncio nas vértebras dos tubarões.
