世界上到处都是鸟儿——叽叽喳喳、振翅欲飞、摇摇晃晃;有羽毛、喙和爪。这些极其多样化的动物,是宏伟的动物的最接近的现存后代,已成功在全球各个角落安家。
但它们的繁殖过程的一部分仍然有些神秘:它们发育中的雏鸟隐藏在不透明的蛋壳内,从受精卵发育成幼体,并在溺爱的父母的照料下完成成长直至成年。
现在,鸟类发育生物学的一个长期追求的目标已经实现。一组科学家开发了一种鸡蛋培养系统,可以取代家养白来航鸡的不透明蛋壳(国内的法国人),允许观察鸟的胚胎发育,从几乎“哇”到“哇”。
该团队的无壳养殖系统非常成功,几只小鸡在正常孵化期结束时成功孵化,并长成正常的鸡。
几十年来,科学家们一直致力于尝试开发一种无壳培养系统(SLCS)来观察鸟胚胎的发育。以前的方法显示出希望,2014年首次描述,涉及让胚胎在卵子内发育三天,这是胚胎生存所必需的,然后将它们移至由聚甲基戊烯厨房保鲜膜保护的培养容器中。
然而这个系统并不完美:雏鸡无法正常发育,大大降低了孵化成功率。
该方法的先驱、冈山理科大学的兽医科学家小原克也和他的同事小原千冢领导的一个团队解决了阻碍正常发育和孵化的问题之一。
蛋黄卵黄膜保护胚胎周围的细胞层,称为胚盘培养容器中的水分正在变干,研究小组认为这可能会阻碍正常的胚胎发育。
因此,为了防止膜干燥,研究小组将培养容器安装在旋转摇床上,用于产生连续运动,通常用于混合。将摇床顶板设置为7度角,以每分钟6转、每分钟10转、每分钟28转不同周期进行实验。
这可以防止膜在蛋白持续流动的情况下变干,但发育和存活长达 10 天的时间会有所不同。
每分钟旋转 6 次时,存活率最高,但所有胚胎都出现发育迟缓的迹象。
每分钟10转时,存活率稍低,有些胚胎出现异常,但正常胚胎的存活率很高。
而且,在每分钟 28 次旋转的情况下,所有胚胎在 10 天时都出现了无法存活的异常情况。
每分钟旋转 10 次是生存和发育的最佳速率,研究人员在 10 天后的几个不同时间点向发育中的胚胎添加氧气进行了实验。尽管确实需要添加氧气,但添加氧气的时间并不会真正影响胚胎发育。
最后,他们进行了同样的实验——每分钟旋转 10 次,添加补充氧气,并撒上碳酸钙粉末(蛋壳的材料),但这次他们用手对培养容器进行了额外的摆动。在无壳培养的前 24 至 48 小时内,每 3 至 10 小时进行 3 至 5 次。
这种方法对于正常雏鸡来说孵化率最高。在有氧气的情况下,每分钟旋转 10 次,孵化率为 3.3%。再加上用手来回摇动,该比率可提高至 10.5%。
其中一只孵化出来的鸡被留待生长一年,然后被安乐死并解剖。这是完全正常的。该系统是成功的:它为我们提供了一个真实的窗口来观察鸡的发育直至孵化。
“可见 cSLCS 的开发开辟了新的可能性,通过透明塑料膜从胚盘阶段胚胎直至孵化,促进对实验治疗的表型结果进行全方位实时监测,”研究人员在论文中写道。
“该系统将成为各个学科的强大工具,例如毒理学、研究、生物成像和再生医学。”
该团队的研究结果发表在科学报告。