视频技术可以改变科学家监测物种进化和发展变化的方式

科学家在物种进化研究中取得了重大突破，并提供了进一步的证据，证明最先进的视觉技术可用于追踪不同生物体发育中最微小的变化。

新研究结合使用机器人视频显微镜和计算机视觉来测量三个不同物种胚胎的所有可观察特征。

这些测量结果被记录为能量光谱，通过这种方式，科学家们能够比较物种之间的变化以及之前记录的离散发育事件时间的差异。

对这些所谓的能量代理特征(EPT)的详细分析为研究人员提供了第一个证据，证明传统上测量的发育事件的时间与胚胎全套可观察特征的更广泛的变化相关。

他们还发现在每个发育事件发生之前和之后胚胎的可观察特征发生了巨大变化。

该研究的作者在《生理学前沿》中撰文称，应用研究中的经验教训有可能通过更深入地评估生物发育以及结合广泛物种的数据的能力来推进发育和进化的研究。 。

他们补充说，当气候和其他环境变化对自然世界的许多部分产生重大影响(在许多情况下是有害的)时，这一点尤其重要。

这项研究由普利茅斯大学生物与海洋科学学院胚胎表型组学研究小组的科学家领导，建立在其 15 多年对胚胎发育监测方法的开创性研究的基础上。

该研究的主要作者、博士后研究员杰米·麦考伊博士(由生物技术和生物科学研究委员会资助)表示：“本文强调的进展对于解决物种发展方式差异这一基本问题至关重要。 。测量发育时间的差异是研究人员研究发育变化如何推动进化的主要方法之一。但我们的研究结果表明，测量发育事件的时间只是我们如何测量和分析进化变化的冰山一角。通过评估三个不同物种的 EPT，我们看到它们如何为我们提供另一种方法来理解发育如何导致进化变化。”

EPT 方法使用动物最早和最具活力的生命阶段的延时视频。

每个视频都由一系列单独的像素组成，随着对象(例如跳动的心脏、肌肉收缩或由微小毛发驱动的整个胚胎的旋转)移动，像素的亮度从一帧到下一帧波动。

研究人员可以利用像素值的这些波动并将其转换为频率数据，从而使他们能够跟踪动物发育过程中生物学不同方面的广泛情况。

由此产生的视觉效果意味着，科学家无需选择动物的各个部位进行测量，而是可以捕获其所有特征(例如心率或运动的变化)，并询问所得的频率数据以捕获更广泛的生物反应。

该研究的资深作者 Oliver Tills 博士自 2007 年以来一直致力于胚胎表型组学的开创性研究，并于 2020 年获得英国研究与创新未来领袖奖学金以推进他的工作。他补充道：“我们目前对生物学的理解受到可用于观察生物学的技术的限制，我们需要一种基于新技术的方法来理解生物体生命史中最复杂的时期。这项研究对于增进我们对生物发育和进化之间关系的理解具有广泛的意义，并且标志着我们在如何监测整个地球生命形式的发展方面向前迈出了重要一步。”

二十年发育生物学专业知识

当前研究中使用的 EPT 方法建立在大约 20 年前开始使用手动测量的开创性工作的基础上。

这项工作由普利茅斯大学和慕尼黑工业大学的 Jennifer Smirthwaite 博士及其同事领导，记录了许多淡水蜗牛物种的异时性，即物种间发育事件时间的变化。

EPT 应用于该研究中的三种淡水蜗牛，旨在了解发育时间的这些进化变化是否与表型的更高维度变化相关。

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