Лабы / Лабораторная работа № 2.1

Лабораторная работа № 2.1. Компьютерная морфометрия на планариях.

Есть небольшая группа высших организмов, которые являются классическими объектами современной биологии. В нее входят мыши, крысы, кролики, лягушки, рыбы, некоторые моллюски и насекомые. Такое положение дел удобно, поскольку давно проверенные модели позволяют дорисовывать здание научной картины мира, опираясь неполученные ранее сведения. Но, с другой стороны, каждая модель, т.е. Каждый отдельно взятый биологический объект ограничен в своих возможностях. Таким образом, биология крайне заинтересована в расширении числа базовых объектов. Однако этот процесс идет очень сложно − путем медленной «увязки» деталей функционирования разных физиологических механизмов в каждом конкретном случае с существующими «классическими» образцами.

Вышесказанное в полной мере относится к пресноводным плоским червям планариям, которые в течение последних ста лет проходят сложный путь вхождения в эту узкую группу животных. Планарии занимают в ней особое место, являясь классической моделью науки о морфогенезе и регенерации – восстановлении утраченных частей тела животного. Только у планарий наблюдается регенерация их центральной нервной системы – головного ганглия, включая пролиферацию и дифференцировку нервных клеток, отрастание перерезанных нервных стволов и формирование новых глаз. Работа с планариями позволила уточнить и конкретизировать идею стволовых клеток в развитии и регенерации, сформулировать идею о нервной системе как основной структуре, регулирующей регенерацию. Поэтому планарии по праву считаются классическим объектом науки о восстановлении органов и тканей животных – регенерации.

Планарии относят к отряду трехветвистых пресноводных плоских червей − турбеллярий (тип Plaetelminthes, класс Turbellaria, отряд Triclada). Тип плоских червей представлен животными, через тело которых можно провести только одну плоскость симметрии. Впервые в эволюции именно у этих животных появляется двусторонняя симметрия.

Планарии являются классической моделью науки о морфогенезе и регенерации–восстановлении утраченных частей тела животного. Только у планарий наблюдается регенерация их цетральной нервной системы – головного ганглия, в том числе пролиферация и дифференцировка нервных клеток, отрастание перерезанных нервных стволов и формирование новых глаз. Работа с планариями позволила уточнить и конкретизировать идею резервных (или стволовых) клеток в развитии и регенерации, сформулировать идею о нервной системе как основной структуре, регулирующей регенерацию. Поэтому планарии по праву считаются классическим объектом науки о восстановлении органов и тканей животных – регенерации.

Для экспериментов применяют планарии Dugesia tigrina, культивируемые в оптимальных условиях климатостата и отобранные в равноценные экспериментальные группы по морфологическим параметрам тела. Каждая экспериментальная группа должна содержать не менее 30-ти животных. В учебных целях допустимо проводить эксперимент на группах животных из пяти особей в каждой.

Следует отметить особое место морфогенеза в биологии планарий. В первую очередь, это касается способности планарий к регенерации.

Это свойство имеет очевидный приспособительный характер, поскольку у планарий нет внешнего или внутреннего скелета. Тело практически не защищено от механических травм, и способность к регенерации обеспечивает лучшие условия к выживанию.

Цель работы:

1. Измерить макроморфологические (анатомические) параметры тела планарий Dugesia tigrina − площадь бластемы и всей планарии.

2. Определить степень влияния гамма-облучения дозой 10 Гр на регенерационную активность планарий Dugesia tigrina.

3. Изучить разницу соотношений средних значений индекса регенерации бластемы контрольной группы планарии и индекса регенерации бластемы планарий, прошедших дозу гамма-излучения в 10 Гр.

Материалы:

Микроскоп МБС-10 (бинокулярная лампа) с увеличением не более x2, скальпель, стеклянные стаканчики, сосуды, чашки Петри диаметром 15 см.

Методы:

Оценку регенерационной активности планарий проводили методом компьютерной морфометрии с помощью компьютерной программы обработки видеоизображения ImegPro.

Ход работы:

1. Получив от преподавателя необходимые фотографии планарий из контрольных и облученных групп, выбираем по 10 экземпляров из контроля и гамма-излучения в 10 Гр от 20.03.17.

2. Проводим анализ изображения контрольных и облученных планарий с помощью компьютерной программы ImegPro. Для этого работу начинаем с открытия файла с изображением планарии путем нажатия кнопки «Файл». При этом изображение планарии выводится на экран интерфейса. Затем начинаем обработку изображения. Вначале нажимаем кнопку «Автоматического анализа изображения». Затем стрелку компьютерной «мышки» помещаем на край изображения планарии и нажимаем левую кнопку мыши. Часто при автоматическом оконтуривании объекта программа обрисовывает его с видимыми ошибками. Следует исправить ошибки программы нажатием кнопки и отсечь ненужные части в «ручном» режиме. Следующая кнопка предназначена для отделения старых и новых частей тела.

Далее программа ImegPro автоматически вычисляет площадь головной части тела (бластемы) от переднего конца тела до глаз и площадь целого животного.

Затем определяем площадь каждого животного и вычисляем отношение площади головной части тела (бластемы) ко всей площади тела планарии. Все измеренные данные вносим в табличный документ Excel.

3. По формуле ИР=s/S*100 (где s – площадь бластемы, S – площадь всего тела планарии) находим индекс регенерации для контрольных и дозовых групп в процентах. Рассчитываем по полученным данным такие показатели, как среднее значение, стандартное отклонение, доверительный интервал и ошибка среднего для всех показателей. Для индекса регенерации находим индекс Манна-Уитни, U_эмп.

4. По средним показателям индекса регенерации контрольный и дозовых групп строим сравнительную гистограмму с группировкой и «усами» погрешностей. В качестве положительного и отрицательного значений ошибки берем значение ошибки среднего из обоих выборок.

Выводы:

В ходе проведенной лабораторной работы мы сделали следующие выводы:

1. Индекс Манна-Уитни, рассчитанный по индексам регенерации обеих выборок, равен 45 и находится в зоне незначимости. Это показывает, что зона перекрещивающихся значений недостаточно мала и значения индекса регенерации выборок мало различимы между собой.

2. Исходя из результатов гистограммы, можем сделать вывод, что среднее значение индекса регенерации из дозовой выборки несколько выше, чем из контрольной. Исходя из получившихся значений по критерию Манна-Уитни, можем сделать вывод, что гамма-излучение не повлияло на регенерирующую способность планарий Dugesia tigrina.