La microscopía de fluorescencia de rayos X de alta resolución de plumas de pardela rayada revela bandas distintas en la distribución del bromo (B) y un patrón regular en la distribución del zinc (C). Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
La identificación de elementos químicos esenciales en las plumas de aves marinas migratorias de larga distancia utilizando técnicas avanzadas de imágenes de rayos X promete nuevos conocimientos sobre los procesos fisiológicos subyacentes detrás del crecimiento de las plumas.
En una investigación publicada en Informes científicos de la naturaleza , un equipo de investigadores dirigido por el biólogo de ANSTO Nicholas Howell y el profesor Richard Banati proporcionó evidencia de patrones espaciales nunca antes vistos en la distribución de metales que no parecen estar vinculados a características físicas en las plumas.
Debido a que los patrones no están relacionados con la pigmentación, espesor u otras características estructurales en las plumas, los autores sugieren que puede estar funcionando otro mecanismo no identificado.
"Nuestra colaboración ha producido algunas representaciones notables de las plumas que nos permiten ver en formas complejas y de patrones, procesos bioquímicos en las células, "dijo el profesor Banati.
Imágenes de alta resolución recopiladas con la microsonda de fluorescencia de rayos X y el detector espectroscópico Maia en el Sincrotrón de Australia. reveló distribución independiente de zinc, calcio, bromo, cobre y hierro.
En esta investigación, la técnica se aplicó a toda la pluma, y no requirió procedimientos de submuestreo o extracción para identificar con precisión los elementos.
"Con este poderoso instrumento y el detector Maia, David Paterson y Daryl Howard pudieron escanear muestras de varios centímetros de longitud con una resolución de micrones, "dijo Howell.
La microscopía de fluorescencia de rayos X le permite ver estructuras biológicas duras en su estado natural. El sistema detector acelera el escaneo de la muestra en tiempo real y entrega datos con una resolución sin precedentes.
Las imagenes, que no hayan alcanzado previamente una sensibilidad y resolución, proporcionar un mapa de distribución de una variedad de elementos químicos en la pluma.
Comprender el desarrollo de las plumas de las aves es importante para comprender la evolución de las aves, formación de órganos, regeneración de tejidos y estado sanitario de animales individuales.
Los hallazgos también tienen una aplicación potencial significativa de manera más amplia en la biología del desarrollo.
"Los mismos mecanismos bioquímicos básicos que permiten que las plumas se desarrollen en las aves están funcionando en otros animales y humanos, "dijo Howell.
Los modelos de formación de patrones en las plumas representan (A) la formación de patrones de zinc observada puede ser el resultado de una heterogeneidad preexistente entre las células madre de las plumas. (B) el número de líneas alternas de zinc alto y bajo se aproxima al período general estimado de crecimiento. Crédito:Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO)
Por ejemplo, la identificación de un distinto, El patrón repetitivo en la concentración de zinc en todas las muestras fue de particular interés.
El zinc es un elemento esencial en las aves para el crecimiento, la formación de enzimas, el desarrollo del esqueleto y una serie de funciones fisiológicas.
Estas bandas de zinc se parecían pero no estaban relacionadas con bandas de crecimiento distintas.
Se desconoce el mecanismo exacto que conduce a los depósitos regulares de zinc, pero los científicos notaron que la cantidad de bandas de zinc parece ser la misma que la cantidad de días que crece la pluma. p.ej. la duración del período de muda.
"No tenemos datos completamente precisos sobre la tasa de crecimiento de las plumas en un ave marina migratoria, que debe observarse en las condiciones del ciclo de vida natural del animal, "dijo Howell.
"Sin embargo, tan muy regular, los patrones biológicos contienen información importante, porque similar a los anillos de los árboles, son una marca de tiempo natural que registra eventos durante el crecimiento de estos patrones ", dijo Howell.
Por lo tanto, los patrones en las plumas pueden ser útiles para evaluar retrospectivamente la salud y el estado nutricional del ave, en la forma en que los anillos de los árboles indican eventos ambientales pasados, como sequías e inundaciones.
Las plumas proceden de tres especies de pardelas migratorias, aves que se sabe que viajan más de 60, 000 kilómetros por año en su migración a las zonas de reproducción.
Howell dijo que nada del trabajo hubiera sido posible sin el minucioso trabajo de campo en lugares remotos.
Plumas individuales del pecho y de las alas de los pies carnosos, pardela rayada y de cola corta se recolectaron en la isla Lord Howe, varias islas japonesas y la playa Bundeena (NSW) bajo la dirección de la coautora, la Dra. Jennifer Lavers, del Instituto de Estudios Marinos y Antárticos de la Universidad de Tasmania.
"Es muy difícil obtener imágenes y medir metales en muestras biológicas, pero es algo que podemos hacer con una variedad de técnicas en ANSTO usando rayos X, neutrones e isótopos, "dijo Howell.
El año pasado, Se utilizó un enfoque similar para detectar y medir el estroncio en las vértebras de los tiburones.
