Dreidimensionaler anatomischer Atlas des afrikanischen Krallenfroschs

Ein dreidimensionaler anatomischer Atlas des Modellorganismus Xenopus laevis (afrikanischer Krallenfrosch) ist jetzt verfügbar und hilft Forschenden, die Embryonalentwicklung und Metamorphose zu verstehen – den faszinierenden Prozess, durch den sich eine Kaulquappe in einen ausgewachsenen Frosch verwandelt.

Xenopus laevis, der Afrikanische Krallenfrosch, ist ein gut untersuchtes und vielseitiges Modellorganismus für die Entwicklungsbiologie. Die umfangreiche Datengrundlage reicht von klassischen Transplantationsexperimenten aus dem frühen 20. Jahrhundert bis hin zu modernen Studien mit hochqualitativer Genomsequenzierung. Dennoch gab es bislang eine Lücke in der Verfügbarkeit umfassender Datensätze, die die späten Entwicklungsstadien dieses Frosches abdecken.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Jakub Harnos von der Masaryk-Universität in Tschechien hat diese Lücke nun geschlossen. Die Froschenden nutzten die 3D-Bildgebungstechnik der Röntgen-Mikrotomographie, um einen detaillierten anatomischen Atlas zu erstellen. Diese neue Ressource ermöglicht es, die verschiedenen Entwicklungsstadien von Xenopus laevis präzise zu beschreiben und die anatomischen Veränderungen während der Metamorphose vom Kaulquappenstadium zum erwachsenen Frosch genau nachzuverfolgen.

Eines der bemerkenswertesten Beispiele für die detaillierte Nachverfolgung der anatomischen Veränderungen ist die Positionierung der Augen des sich entwickelnden Frosches. Während der Entwicklung verringert sich der Abstand zwischen den Augen, was mit der Lebensweise des Frosches zusammenhängt: von einem im Wasser lebenden Kaulquappe mit seitlich angeordneten Augen hin zu einem erwachsenen Frosch mit auf dem Kopf positionierten Augen für eine subaquatische Lebensweise, ähnlich wie bei Krokodilen.

Auch der Darm des Frosches unterzieht sich während der Metamorphose einer signifikanten Umgestaltung. Innerhalb von acht Tagen verkürzt sich der Darm um etwa 75%, und das Wicklungsmuster ändert sich drastisch. Diese Prozesse, die mit anderen Methoden schwer zu untersuchen sind, können nun dank der Röntgen-Mikrotomographie im Detail nachvollzogen werden.

Zusätzlich zu diesen anatomischen Details können auch geschlechtsspezifische Unterschiede und die feine Positionierung der Zähne von Xenopus laevis untersucht werden.

„Unsere Studie stellt alle Röntgenmikrotomographiedaten offen zur Verfügung und ermöglicht es anderen Forschern, sowohl Weich- als auch Hartgewebe in diesem wichtigen Wirbeltiermodell in noch nie dagewesenem Detail zu untersuchen“, betont Dr. Harnos.

Um den Zugang zu diesen Daten zu erleichtern, hat das Team eine Sammlung von 40 3D-Modellen auf der Designplattform Thingiverse bereitgestellt. Diese Modelle können heruntergeladen und gedruckt werden, um die Forschungsergebnisse anschaulich darzustellen. Zudem sind die digitalen Modelle auch auf der Plattform Sketchfab einsehbar und können im Rahmen der veröffentlichten Forschungsarbeit betrachtet werden.

Diese Fortschritte im Bereich des 3D-Drucks und der 3D-Bildgebung tragen erheblich dazu bei, die Wissenschaft zugänglicher und verständlicher zu machen und gleichzeitig neue Erkenntnisse in der Entwicklungsbiologie zu ermöglichen.