世界上到處都是鳥兒──嘰嘰喳喳、振翅欲飛、搖搖晃晃;有羽毛、喙和爪。這些極其多樣化的動物,是宏偉的動物的最接近的現存後代,已成功在全球各個角落定居。
但它們的繁殖過程的一部分仍然有些神秘:它們發育中的雛鳥隱藏在不透明的蛋殼內,從受精卵發育成幼體,並在溺愛的父母的照料下完成成長直至成年。
現在,鳥類發育生物學的一個長期追求的目標已經實現。一組科學家開發了一種雞蛋培養系統,可以取代家養白來航雞的不透明蛋殼(國內的法國人),允許觀察鳥的胚胎發育,從幾乎“哇”到“哇”。
團隊的無殼養殖系統非常成功,幾隻小雞在正常孵化期結束時成功孵化,並長成正常的雞。
幾十年來,科學家一直致力於嘗試開發無殼培養系統(SLCS)來觀察鳥胚胎的發育。以前的方法顯示出希望,2014年首次描述,涉及讓胚胎在卵子內發育三天,這是胚胎生存所必需的,然後將它們移至由聚甲基戊烯廚房保鮮膜保護的培養容器中。
然而這個系統並不完美:雛雞無法正常發育,大大降低了孵化成功率。
該方法的先驅、岡山理科大學的獸醫科學家小原克也和他的同事小原千塚領導的一個團隊解決了阻礙正常發育和孵化的問題之一。
蛋黃卵黃膜保護胚胎周圍的細胞層,稱為胚盤培養容器中的水分正在變乾,研究團隊認為這可能會阻礙正常的胚胎發育。
因此,為了防止膜乾燥,研究團隊將培養容器安裝在旋轉搖床上,用於產生連續運動,通常用於混合。將搖床頂板設定為7度角,以每分鐘6轉、每分鐘10轉、每分鐘28轉不同週期進行實驗。
這可以防止膜在蛋白持續流動的情況下變乾,但發育和存活長達 10 天的時間會有所不同。
每分鐘旋轉 6 次時,存活率最高,但所有胚胎都出現發育遲緩的跡象。
每分鐘10轉時,存活率稍低,有些胚胎出現異常,但正常胚胎的存活率很高。
而且,在每分鐘 28 次旋轉的情況下,所有胚胎在 10 天時都出現了無法存活的異常情況。
每分鐘旋轉 10 次是生存和發育的最佳速率,研究人員在 10 天後的幾個不同時間點向發育中的胚胎添加氧氣進行了實驗。儘管確實需要添加氧氣,但添加氧氣的時間並不會真正影響胚胎發育。
最後,他們進行了同樣的實驗——每分鐘旋轉 10 次,添加補充氧氣,並撒上碳酸鈣粉末(蛋殼的材料),但這次他們用手對培養容器進行了額外的擺動。在無殼培養的前 24 至 48 小時內,每 3 至 10 小時進行 3 至 5 次。
這種方法對於正常雛雞來說孵化率最高。在有氧氣的情況下,每分鐘旋轉 10 次,孵化率為 3.3%。再加上用手來回搖動,比率可提高至 10.5%。
其中一隻孵化出來的雞被留待生長一年,然後被安樂死並解剖。這是完全正常的。這個系統是成功的:它為我們提供了一個真實的窗口來觀察雞的發育直至孵化。
“可見 cSLCS 的開發開闢了新的可能性,通過透明塑料膜從胚盤階段胚胎直至孵化,促進對實驗治療的表型結果進行全方位實時監測,”研究人員在論文中寫道。
「該系統將成為各學科的強大工具,例如毒理學、研究、生物影像和再生醫學。
該團隊的研究結果發表在科學報告。