Ústav molekulární genetiky AV ČR, v. v. i.
Proč nás zajímají mozky ptáků, plazů a ryb?
Vývoj kapacity zpracování mozku se tradičně odvozuje z údajů o velikosti mozku. Podobně velké mozky vzdáleně příbuzných druhů se však mohou lišit v počtu a rozložení neuronů, jejich základních výpočetních jednotek.
Neurony jsou základní výpočetní jednotky mozku. Typy buněk a jejich spojení určují vlastnosti lokálních okruhů, které slouží oblastně specifickým mozkovým funkcím. Neexistují prakticky žádné údaje o kvantitativní distribuci typu buněk v celém mozku u většiny obratlovců mimo některých ptáků a savců.
Proč jsou ptáci schopni zpívat?
Ptáci jsou pozoruhodně inteligentní, ačkoli jejich mozek je malý. Někteří papoušci jsou schopni kognitivních výkonů srovnatelných s lidoopi. Mozky zpěvných ptáků a papoušků obsahují velmi velké množství neuronů, jejichž hustota značně převyšuje hustotu u savců. Vývojová selekce mozkové hmoty vede k odpovídajícím změnám v počtu neuronů a zlepšuje kognitivní schopnosti.
Jak mozky zkoumáme?
Pomocí izotropního frakcionátoru jsme odhadli neuronální populace u více než 200 druhů představujících různé obratlovce. Tato technika je však založena na homogenizaci tkáně, a proto neumožňuje analýzu chování lokálních mozkových mikroobvodů.
V projektu je využita nová metodu čištění celého mozku v kombinaci s fluorescenční mikroskopií se světelným listem k hodnocení celkových počtů a mapování distribuce specifických typů neuronálních buněk v mozcích vybraných modelových druhů reprezentujících ptáky, plazy a ryby.
Mikrofotografie s vysokým rozlišením ukazující prostorovou distribuci dopaminergních neuronů a inervací v mozku madagaskarského pozemního gekona (Paraedura picta). Tyrosinhydroxylasa (marker pro dopaminergní neurony) se zde používá k barvení celého mozku gekona.
Tkáňově specifická exprese genů čichových receptorů v růžicích dospělých ryb Dánia pruhovaného (Danio rerio). Embrya vykazující fluorescenci v embryonálním čichovém orgánu byla pěstována do dospělosti a fixována. Byly vypreparovány čichové růžice a mozek těchto ryb a byla provedena 3D rekonstrukce fluorescenčního orgánu. 3D obrazy se získávají pomocí fluorescenční mikroskopie se světelným listem.
Podívejte se na animovaný obrázek.
Uspořádání neuronových jader v mozečku zebřičky (Taeniopygia guttata). Cerebellum má nejvyšší neuronovou hustotu ve srovnání s jinými oblastmi mozku a tyto neurony jsou těsně zabaleny ve formě tubulární struktury. 3D obrazy se získávají pomocí fluorescenční mikroskopie se světelným listem.
Celoplošné imunoznačení neuronů a dopaminergních neuronálních markerů (tyrosinhydroxyláza a dopamin beta-hydroxyláza) v pravé mozkové hemisféře zebřičky (Taeniopygia guttata). 3D obrazy se získávají pomocí fluorescenční mikroskopie se světelným listem.
Rozšířené řezy myšího mozku byly obarveny imunoznačenímzaměřeným na neuronální marker, inhibiční neuronální marker (calbindin 1) a buněčná jádra (DAPI). Značení bylo aplikováno na rozšířenou polovinu mozkového řezumyši (Mus musculus), s tloušťkou řezu v rozmezí 300-400 μm.Trojrozměrné obrázky byly pořízeny pomocí fluorescenčnímikroskopie s expanzní světelnou vrstvou.
Autor fotografií: Rahul Avaroth Bhaskaran, Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy
Editace a překlad: Eliška Koňaříková, Ústav molekulární genetiky AV ČR, v. v. i. (IMG)
Vytvořeno ve spolupráci se Servisní laboratoří světelné mikroskopie, IMG
Seznam všech výstav v rámci 25. ročníku festivalu naleznete na webu www.tydenmozku.cz.