La microscopia a fluorescenza a raggi X ad alta risoluzione delle penne della berta striata rivela strisce distinte nella distribuzione del bromo (B) e uno schema regolare nella distribuzione dello zinco (C). Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
L'identificazione di elementi chimici essenziali nelle piume degli uccelli marini migratori a lunga distanza utilizzando tecniche avanzate di imaging a raggi X promette nuove informazioni sui processi fisiologici alla base della crescita delle piume.
In una ricerca pubblicata in Rapporti scientifici sulla natura , un team di ricercatori guidati dal biologo ANSTO Nicholas Howell e dal professor Richard Banati ha fornito prove di modelli spaziali inediti nella distribuzione dei metalli che non sembrano essere collegati alle caratteristiche fisiche delle piume.
Poiché i modelli non sono legati alla pigmentazione, spessore o altre caratteristiche strutturali delle piume, gli autori suggeriscono che potrebbe essere all'opera un altro meccanismo non identificato.
"La nostra collaborazione ha prodotto alcune rappresentazioni notevoli delle piume che ci hanno permesso di vedere in complessi e modelli che formano, processi biochimici nelle cellule, ", ha detto il prof Banati.
Immagini ad alta risoluzione raccolte utilizzando la microsonda a fluorescenza a raggi X e il rivelatore spettroscopico Maia al sincrotrone australiano, ha rivelato una distribuzione indipendente di zinco, calcio, bromo, rame e ferro.
In questa indagine, la tecnica è stata applicata a tutta la piuma, e non richiedeva procedure di sottocampionamento o estrazione per identificare accuratamente gli elementi.
"Utilizzando questo potente strumento e il rilevatore Maia, David Paterson e Daryl Howard sono stati in grado di scansionare campioni lunghi diversi centimetri con una risoluzione di micron, " disse Howell.
La microscopia a fluorescenza a raggi X consente di visualizzare strutture biologiche dure nel loro stato naturale. Il sistema di rilevamento accelera la scansione del campione in tempo reale e fornisce dati a una risoluzione senza precedenti.
Le immagini, che hanno una sensibilità e una risoluzione mai raggiunte in precedenza, fornire una mappa di distribuzione di una serie di elementi chimici nella piuma.
Comprendere lo sviluppo delle penne degli uccelli è importante per comprendere l'evoluzione degli uccelli, formazione di organi, rigenerazione dei tessuti e lo stato di salute dei singoli animali.
I risultati hanno anche un'applicazione potenziale significativa più in generale nella biologia dello sviluppo.
"Gli stessi meccanismi biochimici di base che consentono alle piume di svilupparsi negli uccelli sono all'opera in altri animali e nell'uomo, "disse Howell.
I modelli di formazione del modello nelle piume descrivono (A) la formazione del modello di zinco osservata può essere il risultato di un'eterogeneità preesistente tra le cellule staminali delle piume. (B) il numero di linee alternate di zinco alto e basso approssima il periodo di crescita complessivo stimato. Credito:Organizzazione australiana per la scienza e la tecnologia nucleare (ANSTO)
Per esempio, l'identificazione di un distinto, modello ripetitivo nella concentrazione di zinco in tutti i campioni era di particolare interesse.
Lo zinco è un elemento essenziale negli uccelli per la crescita, la formazione di enzimi, lo sviluppo dello scheletro e una serie di funzioni fisiologiche.
Queste bande di zinco assomigliavano ma non erano correlate a bande di crescita distinte.
L'esatto meccanismo che porta ai depositi regolari di zinco è sconosciuto, ma gli scienziati hanno notato che il numero di bande di zinco sembra essere lo stesso del numero di giorni in cui la piuma cresce, per esempio. la durata del periodo di muta.
"Non abbiamo dati del tutto accurati sul tasso di crescita delle piume in un uccello marino migratore, che deve essere osservato nelle condizioni del ciclo di vita naturale dell'animale, " disse Howell.
"Ciò nonostante, così molto regolare, i modelli biologici contengono informazioni importanti, perché simile agli anelli degli alberi, sono un timestamp naturale che registra gli eventi durante la crescita di questi modelli", ha detto Howell.
Perciò, i motivi delle penne possono essere utili per valutare retrospettivamente la salute e lo stato nutrizionale dell'uccello, nel modo in cui gli anelli degli alberi indicano eventi ambientali passati, come siccità e inondazioni.
Le piume provenivano da tre specie di berte migratorie, uccelli che sono noti per viaggiare oltre 60, 000 chilometri all'anno durante la loro migrazione verso le aree di riproduzione.
Il signor Howell ha affermato che nessuno dei lavori sarebbe stato possibile senza il meticoloso lavoro sul campo in località remote.
Petto singolo e penne delle ali dai piedi carnosi, Berta striata e coda corta sono stati raccolti sull'isola di Lord Howe, diverse isole giapponesi e Bundeena Beach (NSW) sotto la direzione della coautrice, la dott.ssa Jennifer Lavers dell'Istituto di studi marini e antartici dell'Università della Tasmania.
"È molto difficile immaginare e misurare i metalli nei campioni biologici, ma è qualcosa che possiamo fare con una varietà di tecniche all'ANSTO usando i raggi X, neutroni e isotopi, " disse Howell.
L'anno scorso, un approccio simile è stato utilizzato per rilevare e misurare lo stronzio nelle vertebre degli squali.
