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酷炫动图(十四):生物篇

动图 gif 生物 研究 神经生物学 实验室

鬼谷藏龙 发表于  2015-05-21 16:12

本期生物动图,让我们来看看科学家们在生物试验室里发现了哪些有趣的现象。

例行警告:图多杀猫,没有连上Wi-Fi的手机党请迅速关闭此页面!

全自动显微注射

原理:还记得之前我们介绍过的显微注射吗?这里展示的是它的升级版。这套装置可以向卵细胞中注射少量DNA——这类操作是进行基因编辑研究的常用手段之一。除了精巧酷炫的机械装置之外,这套设备还很有创意地利用了电荷吸附法来携带DNA:利用微电路系统,首先让注射针头带上正电荷,然后就可以吸附溶液中的DNA分子(一般带负电荷)了,当注射针插入卵细胞后,再让针头带上负电荷,就可以将DNA释放到卵细胞当中。这样的设计可以有效避免传统注射法经常遇到的堵针问题。

花絮:除了显微注射DNA以外,显微操作还能做很多事情,比如说核移植。当然,这些比较复杂的操作就没法全自动了,所以像卵母细胞去核这种让强迫症患者心旷神怡的操作还是需要专业人士来完成呀。

本图片由本文作者提供

录制者:Quentin T. Aten et al

胚胎泡泡

原理:这张图展示的是人类胚胎在体外从桑椹胚(morula)发育到囊胚(blastocyst)的过程。在桑椹胚阶段,胚胎中的细胞会经历发育过程中第一次细胞分化,转变为两部分——滋养外胚层(trophectoderm)和内细胞团(inner cell mass),之后滋养外胚层会不断扩大形成一个包含着内细胞团的空腔,这个阶段称为囊胚。接着,囊胚还会发生几次扩张和收缩,最终撑破卵细胞的透明带,像破壳而出的雏鸟一样“孵化”出来,进而在子宫内着床。

花絮:你整个人都是由内细胞团演变而成的,滋养外胚层负责发育成胎盘。看着滋养外胚层奋力撑破透明带,带着内细胞团一起孵化出来,你是否感觉自己从小就被精心地呵护着呢?

录制者Connie C Wong et al

全军突击

原理:图中展示的是神经发育过程中的“神经迁移”(neuronal migration)现象。在个体发育过程中,神经细胞只能在神经嵴中特定的部位产生,但是神经网络却需要遍布全身,那该怎么办?机体的解决方法就是让神经细胞自己迁移过去。这幅动图中显示的就是大脑形成时,神经细胞向大脑皮层迁移的过程。

花絮:神经细胞的迁移方向受到各种因素调控,其中比较有趣的一种途径是先由胶质细胞(glial cell)搭桥,然后神经元再顺着这座桥“爬”过去。

图片来自:rockefeller.edu

录制者Sabrice Guerrier et al

灵光一闪

原理:图中展示的是斑马鱼幼鱼的视神经,借助于一种称为“钙成像”(Calcium imaging)的技术使其中的神经在兴奋时发出荧光。包括神经元在内的绝大多数细胞,都会将钙离子作为最重要的“信号离子”,因此可以将细胞质中钙离子的浓度作为衡量神经活跃程度的指标。现代神经科学一般会通过基因改造或者显微注射等技术将一些钙离子探针放进神经细胞中,这些探针会和钙离子相互作用产生荧光,从而很直观地展现出神经活动的强度。

花絮:钙信号在细胞中会像水波一样迅速向外扩散,这种现象被称为“钙波”(Calcium wave),许多较小的神经元和胶质细胞都会直接利用钙波来传递神经信号。尽管现在还无法将显微观测和高速摄影完美地结合起来,不过有的时候我们还是可以观测到钙信号在细胞内传播的过程。比如下图就是钙波在单个小胶质细胞当中由一端向另一端传递。

图片来自:http://smithlab.stanford.edu

录制者川上浩一

搏动的细胞

原理:图中展示的是一个搏动的心肌细胞。心肌细胞不但可以像一般的骨骼肌细胞那样舒张和收缩,而且还能互相传递细胞信号。体外培养的心肌细胞经常会出现自发搏动现象,而且同一个培养皿中心肌细胞的搏动往往还是同步的。正是因为这个原因,人类即便脑死亡以后心脏依然可以在相当长时间内维持跳动。

花絮:心肌细胞可以在没有外界刺激的情况下节律性地搏动,这种现象在所有体外培养的细胞中堪称绝无仅有,因此心肌细胞经常作为中胚层分化的指示细胞,用来衡量多能干细胞的“多能性”。也就是说,把一种多能干细胞养在常规培养基中一段时间后,如果培养皿中出现了可以发生自发搏动的细胞,那就可以认为这种多能干细胞具有分化为中胚层的潜力。

录制者British Heart Foundation

细胞红绿灯

原理:在细胞从一次分裂到下一次分裂的细胞周期当中,会阶段性地表达不同种类的蛋白质。而图中这些正在体外疯狂分裂的海拉细胞经过了基因修饰,其不同阶段表达的蛋白质带有不同颜色的荧光,从而能够直观地指示出这些细胞现在正处于细胞周期的哪个阶段中。

花絮:这种技术是来自RIKEN的日本科学家所发明的,他们将这套系统命名为“基于荧光与泛素化的细胞周期传感器”(fluorescent, ubiquitination-based cell cycle indicator)。我也不知道为啥要起这么拗口的名字,或许是为了让首字母的缩写“Fucci”听上去更有日本的感觉?

录制者Jain M  et al

幻影迷宫

原理:这是一台专为实验小鼠设计的“体感游戏机”。为了在小鼠身上研究空间导向能力,常需要让它们完成走迷宫的任务,但在实验室里很难造出真实的大型迷宫,于是科学家们就做了这样的虚拟迷宫装置。小鼠被置于一面巨大的屏幕之前,它脚下的球则类似于一个鼠标滚轮,可以不断感知小鼠的运动状态,将装置与屏幕联动,小鼠就可以在虚拟的迷宫中奔跑了。另外,这台仪器还可以同时收集小鼠大脑中的神经活动情况。

花絮:去年的诺贝尔生理或医学奖就颁给了三位神经与空间导向能力方面的研究者,还记得他们的发现吗?

录制者Christoph Schmidt-Hieber & Michael Häusser

要掉下去了

原理:这是神经科学研究中常用的“转杆实验”(Rotarod performance test)。小鼠被放置在一根缓慢转动的杆子上面,运动和平衡能力正常的小鼠可以长时间地站在杆子上(比如左边两只),而那些运动或者平衡能力有缺陷的小鼠则很快就掉下去啦(比如最右边那只)。

花絮:行为学实验是神经科学研究中最好玩,也是最能展现科学家恶趣味的实验……比如下图是强迫小鼠用单手,呃,单爪抓东西的实验 ,目的也是研究小鼠的动作协调能力。

录制者:Xi Lin et al

题图来自:http://notsohumblepie.blogspot.com/

(编辑:窗敲雨)

拓展阅读

酷炫动图(十三):数学篇

热门评论

  • 2015-05-21 18:10 猫小鹰

    那个神经细胞像精子一样233333x

    [41] 评论
  • 2015-05-21 22:40 萝卜萝卜Carrot
    引用@鬼谷藏龙 的话:唔,了解了,以后找些更加接地气的图片。那些胚胎和发育的图没点知识储备确实不容易看明白。

    →_→那些知识储备在高中生物里就有了,比如桑椹胚变成囊胚,囊胚开始分化出滋养层和内细胞团(还知道此时进行胚胎分割要均等分割内细胞团)。所以对于高中生物有好好学的,那些图片够接地气了,而且会对像显微注射这些只能在课本里见闻的生物技术究竟现实中是怎样的更感兴趣~(我个高中的居然知道其中几张图片是干什么的,好开森😃😃)

    来自 宇宙第一超级旗舰天机iBananas 6S
    [16] 评论
  • 2015-05-21 16:19 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@你被牛撕 的话:小白鼠那个纯粹是因为右边那只的后腿没有踩到杆子导致身体来不及调整姿势吧

    原来视频里面那只老鼠被放上去好几次都掉下来了,解说是那个老鼠被修饰了一个什么跟神经发育有关的基因

    [11] 评论

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全部评论(75)
  • 1楼
    2015-05-21 16:17 你被牛撕

    小白鼠那个纯粹是因为右边那只的后腿没有踩到杆子导致身体来不及调整姿势吧

    [3] 评论
  • 2楼
    2015-05-21 16:19 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@你被牛撕 的话:小白鼠那个纯粹是因为右边那只的后腿没有踩到杆子导致身体来不及调整姿势吧

    原来视频里面那只老鼠被放上去好几次都掉下来了,解说是那个老鼠被修饰了一个什么跟神经发育有关的基因

    [11] 评论
  • 3楼
    2015-05-21 16:21 窗敲雨 药学硕士

    小鼠踩个球~

    [3] 评论
  • 4楼
    2015-05-21 16:45 果子甜甜的

    来个小鼠专辑吧!

    [1] 评论
  • 5楼
    2015-05-21 18:10 猫小鹰

    那个神经细胞像精子一样233333x

    [41] 评论
  • 6楼
    2015-05-21 19:20 已注销用户

    我看过能用两手把自己吊起来在笼子顶上爬的仓鼠。而且这是完全自发的行为

    [0] 评论
  • 7楼
    2015-05-21 20:46 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@Inaria 的话:我看过能用两手把自己吊起来在笼子顶上爬的仓鼠。而且这是完全自发的行为

    这个行为在啮齿类中似乎很常见……

    [0] 评论
  • 8楼
    2015-05-21 20:58 已注销用户
    引用@鬼谷藏龙 的话:这个行为在啮齿类中似乎很常见……

    然而仓鼠并非树栖动物呀?莫非所有灵长总目的成员骨子里都有爬高登低的爱好?

    [0] 评论
  • 9楼
    2015-05-21 21:09 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@Inaria 的话:然而仓鼠并非树栖动物呀?莫非所有灵长总目的成员骨子里都有爬高登低的爱好?

    我不知道,我们实验室的小鼠也老喜欢吊在笼子顶上。

    [2] 评论
  • 10楼
    2015-05-21 21:25 梦游侠

    先看文字再看图,前半部分的图基本上看不懂,不过文字很有分量。

    一般来说,老鼠给我的印象就是,让人痛恨却又无可奈何,平时连它们的毛都摸不到。没想到,它们在神经科学实验室被这般折腾,实在有点虐待老鼠的意味,我都有点可怜他们了。嘻嘻

    [1] 评论
  • 11楼
    2015-05-21 21:28 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@梦游侠 的话:先看文字再看图,前半部分的图基本上看不懂,不过文字很有分量。一般来说,老鼠给我的印象就是,让人痛恨却又无可奈何,平时连它们的毛都摸不到。没想到,它们在神经科学实验室被这般折腾,实在有点虐待老鼠的意味,...

    唔,了解了,以后找些更加接地气的图片。那些胚胎和发育的图没点知识储备确实不容易看明白。

    [0] 评论
  • 12楼
    2015-05-21 22:40 萝卜萝卜Carrot
    引用@鬼谷藏龙 的话:唔,了解了,以后找些更加接地气的图片。那些胚胎和发育的图没点知识储备确实不容易看明白。

    →_→那些知识储备在高中生物里就有了,比如桑椹胚变成囊胚,囊胚开始分化出滋养层和内细胞团(还知道此时进行胚胎分割要均等分割内细胞团)。所以对于高中生物有好好学的,那些图片够接地气了,而且会对像显微注射这些只能在课本里见闻的生物技术究竟现实中是怎样的更感兴趣~(我个高中的居然知道其中几张图片是干什么的,好开森😃😃)

    来自 宇宙第一超级旗舰天机iBananas 6S
    [16] 评论
  • 13楼
    2015-05-22 03:05 这个昵称没有被人使用
    引用@刘天喆 的话:那个神经细胞像精子一样233333x

    但是方向明显是反的,怎么解释?“Oh, shit!”? →.→

    [0] 评论
  • 14楼
    2015-05-22 09:07 Fromin

    看这些动图真是爽!

    [1] 评论
  • 15楼
    2015-05-22 09:11 f_Gemini

    那个神经细胞长得真糟糕。

    [0] 评论
  • 16楼
    2015-05-22 09:38 疯疯兄
    原理:这是一台专为实验小鼠设计的“体感游戏机”。

    这个不错啊,可以搞个真3D游戏给人玩。

    [2] 评论
  • 17楼
    2015-05-22 09:45 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@疯疯兄 的话:这个不错啊,可以搞个真3D游戏给人玩。

    这个已经有了,就是价格不太亲民,所以一直木有上市。

    [0] 评论
  • 18楼
    2015-05-22 10:25 临安啊
    引用@Inaria 的话:我看过能用两手把自己吊起来在笼子顶上爬的仓鼠。而且这是完全自发的行为

    这个很平常,我家的还喜欢爬一半,把自己摔下来

    [0] 评论
  • 19楼
    2015-05-22 10:43 子树
    引用@这个昵称没有被人使用 的话:但是方向明显是反的,怎么解释?“Oh, shit!”? →.→

    这就是正儿八经的“悲伤逆流成河”

    [0] 评论
  • 20楼
    2015-05-22 11:55 那年青葱

    手残表示,神经迁移过程没有到位。。。

    [0] 评论
  • 21楼
    2015-05-22 13:06 sser-CinquainLam

    你(我?)们这群宅男活得还没小鼠好Σ(゚д゚lll)

    [3] 评论
  • 22楼
    2015-05-22 13:14 591

    最右边的那只小鼠,趴上滚杆的第一秒表,它的情就出卖了它。。。

    [0] 评论
  • 23楼
    2015-05-22 13:41 yuscale

    小老鼠都要给你们玩坏了。。。

    [0] 评论
  • 24楼
    2015-05-22 13:41 ghf

    三只小鼠的那个,第八次的时候终止站上去了,还有,那个体感游戏好像很好玩的样子

    [1] 评论
  • 25楼
    2015-05-22 13:53 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@sser-CinquainLam 的话:你(我?)们这群宅男活得还没小鼠好Σ(゚д゚lll)

    哪有……至少每天可以吃不同的食物

    [0] 评论
  • 26楼
    2015-05-22 13:53 byronsean

    将 全军突击 看成 精子竞赛 了

    [1] 评论
  • 27楼
    2015-05-22 13:55 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@阴月 的话: 这算是在讨论神经细胞和精虫的某种相似性么?

    引用@刘天喆 的话:那个神经细胞像精子一样233333x

    引用@byronsean 的话:将 全军突击 看成 精子竞赛 了

    喂喂喂,你们这样歪楼真的好吗?

    [0] 评论
  • 28楼
    2015-05-22 13:57 byronsean
    引用@鬼谷藏龙 的话:喂喂喂,你们这样歪楼真的好吗?

    本来是分散歪楼,效果不好——直到鬼谷进行了汇总提升……

    [0] 评论
  • 29楼
    2015-05-22 13:58 鬼谷藏龙 神经科学博士生
    引用@byronsean 的话:本来是分散歪楼,效果不好——直到鬼谷进行了汇总提升……

    →_→

    [0] 评论
  • 30楼
    2015-05-22 14:13 兔子的黑色行动

    转杆实验第三个货好萌

    [0] 评论

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